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Ejercicios de Cálculo
← 5.2 Concavidad y comportamiento gráfico

Concavidad de la campana e^(−x²)

Tema
5. Aplicaciones de la derivada › 5.2 Concavidad y comportamiento gráfico
Dificultad
Intermedio
Método
Signo de la segunda derivada

Estudia la concavidad de f(x)=e−x2f(x) = e^{-x^2} y halla sus puntos de inflexión.

Ver solución
  1. f′(x)=−2xe−x2f'(x) = -2xe^{-x^2}.
  2. Por la regla del producto: f′′(x)=−2e−x2+(−2x)(−2x)e−x2=(4x2−2)e−x2f''(x) = -2e^{-x^2} + (-2x)(-2x)e^{-x^2} = (4x^2 - 2)e^{-x^2}.
  3. Como e−x2>0e^{-x^2} > 0, el signo lo da 4x2−24x^2 - 2: negativo si ∣x∣<12|x| < \frac{1}{\sqrt{2}} (cóncava hacia abajo) y positivo si ∣x∣>12|x| > \frac{1}{\sqrt{2}} (cóncava hacia arriba).
  4. Inflexiones en x=±12x = \pm\frac{1}{\sqrt{2}}, con f=e−1/2=1ef = e^{-1/2} = \frac{1}{\sqrt{e}}. El máximo está en (0,1)(0, 1), y la curva es la «campana» de la distribución normal.

Resultado final: Inflexiones en (±12,1e)\left(\pm\dfrac{1}{\sqrt{2}}, \dfrac{1}{\sqrt{e}}\right); cóncava hacia abajo en ∣x∣<12|x| < \dfrac{1}{\sqrt{2}} y hacia arriba en ∣x∣>12|x| > \dfrac{1}{\sqrt{2}}.

−3−2.5−2−1.5−1−0.50.511.522.530.51xy(0, 1)
  • f(x)=e−x2f(x) = e^{-x^2}

Curva en forma de campana con máximo en (0, 1) y puntos de inflexión en x = ±1/√2 ≈ ±0.71, a altura e^(-1/2) ≈ 0.61.