ENUNCIADO
Sea f la función que a un número real x le asocia:


1. Demostrar que la función f es continua en el conjunto de los números reales.
2. Utilizando la definición de derivada, demostrar que para todo número real x se tiene:

3. Calcular
, y los siguientes límites:
; 
Definamos para todo número real x la función g a partir de la función f como 
4. Demostrar que
; y deducir a partir de dicha derivada que

5. Calcula el siguiente límite: 
SOLUCIÓN
1.) Tenemos que
, en particular, no se anula en el intervalo compacto [0,1]. Y además es continua por ser polinómica. Claramente la función exponencial es continua en toda la recta real, en particular en [0,1]. Así pues tenemos que existe la integral de Riemann en [0,1], y podemos concluir que la función f es continua en toda la recta real.
2.) Para demostrar dicha igualdad usaremos la definición de derivada de una función via límites. Sea h>0 un número real:

![f(x+h)-f(x)=\int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}e^{-h(1+t^2)}-e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2} \, dt=\int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}[e^{-h(1+t^2)}-1]}{1+t^2} \, dt f(x+h)-f(x)=\int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}e^{-h(1+t^2)}-e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2} \, dt=\int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}[e^{-h(1+t^2)}-1]}{1+t^2} \, dt](http://s.wordpress.com/latex.php?latex=f%28x%2Bh%29-f%28x%29%3D%5Cint_0%5E1%20%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7De%5E%7B-h%281%2Bt%5E2%29%7D-e%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%20%20%5C%2C%20dt%3D%5Cint_0%5E1%20%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%5Be%5E%7B-h%281%2Bt%5E2%29%7D-1%5D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%20%20%5C%2C%20dt%20&bg=ffffff&fg=000000&s=0)
![\frac{f(x+h)-f(x)}{h}=\frac{1}{h} \int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}[e^{-h(1+t^2)}-1]}{1+t^2} \, dt=\int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2} [\frac{e^{-h(1+t^2)}-1}{h}] \, dt \frac{f(x+h)-f(x)}{h}=\frac{1}{h} \int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}[e^{-h(1+t^2)}-1]}{1+t^2} \, dt=\int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2} [\frac{e^{-h(1+t^2)}-1}{h}] \, dt](http://s.wordpress.com/latex.php?latex=%5Cfrac%7Bf%28x%2Bh%29-f%28x%29%7D%7Bh%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bh%7D%20%5Cint_0%5E1%20%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%5Be%5E%7B-h%281%2Bt%5E2%29%7D-1%5D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%20%20%5C%2C%20dt%3D%5Cint_0%5E1%20%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%20%5B%5Cfrac%7Be%5E%7B-h%281%2Bt%5E2%29%7D-1%7D%7Bh%7D%5D%20%20%5C%2C%20dt%20&bg=ffffff&fg=000000&s=0)
![f\prime (x)= \lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}=\lim_{h \to 0} \int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2} [\frac{e^{-h(1+t^2)}-1}{h}] \, dt = f\prime (x)= \lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}=\lim_{h \to 0} \int_0^1 \frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2} [\frac{e^{-h(1+t^2)}-1}{h}] \, dt =](http://s.wordpress.com/latex.php?latex=f%5Cprime%20%28x%29%3D%20%5Clim_%7Bh%20%5Cto%200%7D%5Cfrac%7Bf%28x%2Bh%29-f%28x%29%7D%7Bh%7D%3D%5Clim_%7Bh%20%5Cto%200%7D%20%5Cint_0%5E1%20%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%20%5B%5Cfrac%7Be%5E%7B-h%281%2Bt%5E2%29%7D-1%7D%7Bh%7D%5D%20%20%5C%2C%20dt%20%3D%20&bg=ffffff&fg=000000&s=0)
![=\int_0^1\frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2}[\lim_{h \to 0}\frac{\frac{1}{e^{h(1+t^2)}}-1}{h}] \, dt = =\int_0^1\frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2}[\lim_{h \to 0}\frac{\frac{1}{e^{h(1+t^2)}}-1}{h}] \, dt =](http://s.wordpress.com/latex.php?latex=%3D%5Cint_0%5E1%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%5B%5Clim_%7Bh%20%5Cto%200%7D%5Cfrac%7B%5Cfrac%7B1%7D%7Be%5E%7Bh%281%2Bt%5E2%29%7D%7D-1%7D%7Bh%7D%5D%20%20%5C%2C%20dt%20%3D%20&bg=ffffff&fg=000000&s=0)
INDETDO. L’Hôpital 
![=\int_0^1\frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2}[\lim_{h \to 0}\frac{-(1+t^2)e^{h(1+t^2)}}{e^{h(1+t^2)}+(1+t^2)he^{h(1+t^2)}}] \, dt =\int_0^1\frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2}[\frac{-(1+t^2)}{1+0}] \, dt= -\int_0^1 e^{-x(1+t^2)} \, dt =\int_0^1\frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2}[\lim_{h \to 0}\frac{-(1+t^2)e^{h(1+t^2)}}{e^{h(1+t^2)}+(1+t^2)he^{h(1+t^2)}}] \, dt =\int_0^1\frac{e^{-x(1+t^2)}}{1+t^2}[\frac{-(1+t^2)}{1+0}] \, dt= -\int_0^1 e^{-x(1+t^2)} \, dt](http://s.wordpress.com/latex.php?latex=%3D%5Cint_0%5E1%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%5B%5Clim_%7Bh%20%5Cto%200%7D%5Cfrac%7B-%281%2Bt%5E2%29e%5E%7Bh%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7Be%5E%7Bh%281%2Bt%5E2%29%7D%2B%281%2Bt%5E2%29he%5E%7Bh%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%5D%20%20%5C%2C%20dt%20%3D%5Cint_0%5E1%5Cfrac%7Be%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%5B%5Cfrac%7B-%281%2Bt%5E2%29%7D%7B1%2B0%7D%5D%20%20%5C%2C%20dt%3D%20-%5Cint_0%5E1%20e%5E%7B-x%281%2Bt%5E2%29%7D%20%20%5C%2C%20dt%20&bg=ffffff&fg=000000&s=0)
Y esto era precisamente lo que queríamos demostrar.
3.) Calculemos primero 
![f(0)=\int_0^1\frac{dt}{1+t^2}=[arctg(t)]_0^1=arctg(1)-arctg(0)=\frac{\pi}{4} f(0)=\int_0^1\frac{dt}{1+t^2}=[arctg(t)]_0^1=arctg(1)-arctg(0)=\frac{\pi}{4}](http://s.wordpress.com/latex.php?latex=f%280%29%3D%5Cint_0%5E1%5Cfrac%7Bdt%7D%7B1%2Bt%5E2%7D%3D%5Barctg%28t%29%5D_0%5E1%3Darctg%281%29-arctg%280%29%3D%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B4%7D%20&bg=ffffff&fg=000000&s=0)




Obviamente, los intercambios realizados entre límite e integral son correctos gracias a que con anterioridad hemos demostrado la continuidad en toda la recta real de la función 
4.) Consideremos la función
definida como:


Al ser una función exponencial tenemos que es derivable con primera derivada
. Así pues, la función
la podemos reescribir en función de la función
como:
Aplicando la Regla de la Cadena para derivadas tenemos:
Aplicando 2.)
Hacemos el cambio de variable
Obteniendo:

Así pues, identificando u por t en el último término anterior obtenemos
. Y así queda demostrada la primera parte del punto 4.
La segunda parte del punto 4 no la he podido resolver todavía. Por favor, si alguien sabe cómo hacerlo que me lo comente. Creo que me he encabezonado en hacerlo de una forma y por eso no hay tu tia.
5.) 
Esto se puede ver hecho en este enlace
Si alguien ve algo mal que lo comente
En los comentarios podeis escribir en latex, sólo debéis anteponer a vuestro código látex lo siguiente: $latex luego dejad un espacio en blanco y empezad a escribir en latex según esta guía, terminad el código con el símbolo $; y ya esta
Saludos
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