Cálculo Diferencial · M2 · T6 Razón de cambio
Módulo 2 · Tema 6

Razón de cambio

¿Qué tan rápido cambia algo… y cómo lo medimos con límites?

Al terminar esta clase podrás:

  • Calcular la razón de cambio promedio como la pendiente de una recta secante.
  • Interpretar la razón de cambio instantánea como un límite: la pendiente de la recta tangente.
  • Explicar qué significan el signo y las unidades de tu resultado.
cyan = promedio · secantedorado = instante · tangente
C · Contextualizar

De Guadalajara a Chapala

Haces el viaje en coche: unos 50 km en 1 hora.

Distancia total ÷ tiempo total
50 km/h
Lo que marca el velocímetro justo ahora
72 km/h

1. ¿Ibas a 50 km/h todo el camino?

2. Entonces, ¿qué mide el velocímetro?

C · Contextualizar

La razón de cambio está en todos lados

Es la rapidez con la que ocurre un fenómeno. No siempre implica movimiento:

Una persona que corremetros por segundo
Una taza de café que se enfría°C por minuto
La población de una ciudadhabitantes por año
El costo de un productopesos por año
Una línea de ensamblepiezas por hora
La batería de tu celular% por hora

¿Qué tienen en común todas esas unidades?

L · Llevar a la práctica

Razón de cambio promedio = pendiente de la secante

Toma dos valores: x1 y x1 + h. Evalúa la función en ambos y divide:

ΔyΔx = f(x1+h) − f(x1)(x1+h) − x1 = f(x1+h) − f(x1)h

Si s = f(t) es la posición de un objeto, este cociente es su velocidad promedio en un intervalo de tamaño h. Gráficamente, es la pendiente de la recta que une los puntos P y Q.

x1 h

Mueve los deslizadores. ¿Cuándo sale positiva la pendiente cyan y cuándo negativa?

L · Tu turno

Checkpoint 1: calcula un promedio

Sea f(x) = x². Calcula la razón de cambio promedio entre x = 1 y x = 3.

Checkpoint · necesario para avanzar
L · Llevar a la práctica

De promedio a instantánea: haz h cada vez más chiquito

achicar h

f(x) = x², con x1 = 1 fijo. Pendiente de la secante para distintos h:

hpendiente secante
13
0.52.5
0.12.1
0.012.01
0.0012.001
Checkpoint · necesario para avanzar

¿A qué número se acerca la pendiente cuando h → 0?

L · Llevar a la práctica

La razón de cambio instantánea

V(x1) = limh→0 f(x1+h) − f(x1)h = limΔx→0 ΔyΔx
  • Si f es una función de posición, esto es la velocidad instantánea (o simplemente velocidad).
  • Es la pendiente de la recta tangente a la gráfica en el punto (x1, f(x1)).
  • Depende de x1: en cada punto puede ser distinta, así que la velocidad instantánea es en sí misma una función.

¿Por qué no simplemente sustituimos h = 0 en el cociente?

L · Ejemplo 1

El repartidor de tu app de comida

Pides comida en una app de reparto (Uber Eats, Rappi, etc.) y ves una gráfica de la distancia del repartidor a tu casa. Esa distancia es

f(x) = y = 15 − 2x²

donde x es el tiempo en minutos y f(x) la distancia en kilómetros.

a) ¿Cuál es la razón de cambio promedio de la distancia entre el minuto 1 y el minuto 2?

secante de x = 1 a x = 2
L · Ejemplo 1

El repartidor: ¿qué tan rápido se acerca al minuto 1?

b) Calcula la razón de cambio instantánea de la distancia en x = 1.

c) El promedio fue −6 y el instantáneo en x = 1 fue −4. ¿Por qué no coinciden?

secante (promedio)tangente en x = 1 (instante)
L · Ejemplo 2

El DJ sube el volumen

Al empezar un concierto, el DJ sube el volumen poco a poco. El volumen (en decibeles) depende del tiempo según

f(x) = y = 20 + 5x

donde x es el tiempo en minutos desde que empieza la música.

a) ¿Con qué rapidez promedio sube el volumen de 1 a 2 minutos?

b) ¿Cuál es la razón de cambio instantánea del volumen en x = 1?

c) Aquí el promedio y el instantáneo salieron iguales. ¿Por qué?

A · Activar el diálogo

Discute en parejas (2 min por pregunta)

1. Si tu promedio Guadalajara–Chapala fue de 50 km/h, ¿hubo algún momento en que el velocímetro marcara exactamente 50? ¿Cómo lo defenderías?

2. “Instante” significa que no pasa tiempo. Si no pasa tiempo, no hay desplazamiento… ¿cómo puede existir una velocidad instantánea?

3. ¿Puede una cantidad ser positiva y, al mismo tiempo, tener una razón de cambio negativa? Da un ejemplo.

L · Práctica independiente

Un clavadista de La Quebrada, Acapulco

La altura del clavadista sobre el agua es h(t) = 35 − 4.9t², en metros, donde t son los segundos desde que salta.

a) Razón de cambio promedio de la altura entre t = 0 y t = 2 s.

b) Razón de cambio instantánea de la altura en t = 2 s.

c) ¿Qué significa el signo negativo en ambos resultados?

L · Práctica independiente

¿Cuándo creció más rápido el canal?

Una creadora de contenido registró sus seguidores:

mes025
seguidores1,0001,8006,300

a) Calcula la razón de cambio promedio de los meses 0 a 2 y de los meses 2 a 5. ¿En qué periodo creció más rápido?

b) ¿Con esta tabla puedes saber cuántos seguidores por mes ganaba exactamente en el mes 3?

R · Retroalimentar

Encuentra el error

Error 1

limh→0(1+h)² − 1h = 1 − 10 = 00 → “no existe”

Error 2

(1 + Δx)² = 1 + Δx²

Error 3

“La razón de cambio de la distancia es −6 km.”
R · Boleto de salida

Comprueba lo que aprendiste

1. La razón de cambio promedio entre dos puntos es la pendiente de la recta ______ que los une.

2. Si f(x) = 3x², usa el límite para hallar la razón de cambio instantánea en x = 2.

3. La temperatura de tu café cambia a razón de −3 °C/min en este momento. ¿Qué está pasando?

A · Anclar el propósito

Del “en promedio” al “justo ahora”

Saber qué tan rápido cambia algo en este instante es lo que permite reaccionar a tiempo. Donde lo vas a usar:

Ingeniería y robótica

Tu profe estudió Robótica en la UdeG: el controlador de un motor revisa cientos de veces por segundo qué tan rápido cambia la posición del brazo para no pasarse ni quedarse corto.

Salud

El ritmo al que baja la concentración de un medicamento en la sangre decide cada cuánto tiempo hay que tomar la siguiente dosis.

Negocios y emprendimiento

No basta saber cuánto vendiste: importa si tus ventas crecen o caen, y qué tan rápido, para decidir a tiempo.

Deporte y datos

Los chalecos GPS de los equipos profesionales miden la velocidad de cada jugador en cada sprint para cuidar su rendimiento.

Piensa en una meta tuya (escuela, deporte, ahorro, un hobby). ¿Qué te dice más de hacia dónde vas: tu promedio o tu razón de cambio de esta semana?

Cierre

Lo que te llevas hoy

Promedio · secante

ΔyΔx = f(x1+h) − f(x1)h
Una división entre dos puntos.

Instantánea · tangente

limh→0f(x1+h) − f(x1)h
Un límite: los límites permiten calcularla.

Asegúrate de:

  • Comprender el concepto de razón de cambio.
  • Aplicar e interpretar las razones de cambio en situaciones de la vida real (con su signo y sus unidades).

Si el límite te pareció laborioso, tranquilo: más adelante verás herramientas que lo hacen mucho más rápido.

Para repasar

Video: Alejandro Sandoval Santana (2020). Razón de cambio. https://youtu.be/TmbPA_R4P8M
Simulador: Avendaño, A. (s.f.). Tasa de variación o razón de cambio: Aplicación. https://www.geogebra.org/m/jqxYuFPn

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Referencias: Rojas, C. (2022). Cálculo diferencial e integral Módulo I. Red educativa digital Descartes. · Stewart, J. (2021). Cálculo de una variable. Trascendentes tempranas. Cengage. · Siguiente tema: T7 · Rectas.