Resolución paso a paso
Matemáticas
Hay cinco preguntas; las tres primeras son obligatorias y en la 4 y la 5 se elige una opción. Se resuelven aquí todas.
Pregunta 1 · Poblaciones de tres especies
Con $M=\begin{pmatrix}1&0&0\\1&1&0\\1&0&1\end{pmatrix}$ y el vector de poblaciones $v_k=(a_k,b_k,c_k)^T$ se cumple $v_{k+1}=M\,v_k$.
a) Dos meses después.
Partimos de $v_0=(100,124,234)^T$.
$$v_1=Mv_0=\begin{pmatrix}100\\100+124\\100+234\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}100\\224\\334\end{pmatrix},\qquad v_2=Mv_1=\begin{pmatrix}100\\100+224\\100+334\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}100\\324\\434\end{pmatrix}$$
Hay 100 de A, 324 de B y 434 de C.
b) Por qué $v_k=M^k v_0$ (sin calcular $M^k$).
Es inducción: para $k=0$, $v_0=M^0v_0=I\,v_0$. Si suponemos $v_k=M^kv_0$, entonces $v_{k+1}=Mv_k=M\,M^kv_0=M^{k+1}v_0$. Así se cumple para todo $k$.
c) Cálculo de $M^k$.
Escribimos $M=I+N$ con
$$N=\begin{pmatrix}0&0&0\\1&0&0\\1&0&0\end{pmatrix}$$
Se comprueba que $N^2=0$ (la única columna no nula de $N$ se multiplica por una primera fila de ceros). Como $I$ y $N$ conmutan, el binomio de Newton se corta en dos términos:
$$M^k=(I+N)^k=I+kN=\begin{pmatrix}1&0&0\\k&1&0\\k&0&1\end{pmatrix}$$
Evolución: $a_k=a_0$ (la especie A se mantiene constante), $b_k=ka_0+b_0$ y $c_k=ka_0+c_0$. Como $a_0>0$, las especies B y C crecen sin límite (linealmente) con el tiempo.
Pregunta 2 · $f'(x)=\dfrac{e^{\sqrt x}}{\sqrt x}$, $f(1)=2e-2$
a) Calcular $f$.
Integramos con el cambio $u=\sqrt x$, $du=\dfrac{dx}{2\sqrt x}$, es decir $\dfrac{dx}{\sqrt x}=2\,du$:
$$f(x)=\int\frac{e^{\sqrt x}}{\sqrt x}\,dx=\int 2e^{u}\,du=2e^{\sqrt x}+C$$
Con $f(1)=2e+C=2e-2$ obtenemos $C=-2$:
$$f(x)=2e^{\sqrt x}-2$$
Como $f$ es continua en $0$, $\displaystyle\lim_{x\to0^+}f(x)=2e^{0}-2=0$.
b) Monotonía.
Para $x>0$, $f'(x)=\dfrac{e^{\sqrt x}}{\sqrt x}>0$: $f$ es creciente en $(0,\infty)$ y no tiene intervalos de decrecimiento.
$f(x)\ge0$ para $x\ge0$. $f$ es creciente y continua en $[0,\infty)$ con $f(0)=0$; por tanto $f(x)\ge f(0)=0$.
Pregunta 3 · Planos $\pi: x-2y+4z+1=0$ y $\pi_d: 2x-3y+6z=d$
a) ¿Algún $d$ para el que no se corten?
Dos planos no se cortan solo si son paralelos, es decir, si sus vectores normales son proporcionales. Aquí $\vec n=(1,-2,4)$ y $\vec n_d=(2,-3,6)$; como $\tfrac21\neq\tfrac{-3}{-2}$, no son proporcionales para ningún $d$. Por tanto no existe ningún $d$: los planos siempre se cortan, en una recta.
b) Puntos de corte para $d=-2$.
Resolvemos el sistema:
$$\begin{cases}x-2y+4z=-1\\2x-3y+6z=-2\end{cases}$$
Restando a la 2.ª ecuación el doble de la 1.ª: $(2x-3y+6z)-2(x-2y+4z)=-2+2$, es decir $y-2z=0\Rightarrow y=2z$. Sustituyendo en la 1.ª: $x-4z+4z=-1\Rightarrow x=-1$. Tomando $z=t$:
$$\text{Puntos de corte: }(x,y,z)=(-1,\,2t,\,t),\quad t\in\mathbb R$$
es la recta que pasa por $(-1,0,0)$ con dirección $(0,2,1)$.
Pregunta 4 · Opción 4.1: test de 4 preguntas
Cada pregunta tiene 5 respuestas; al azar se acierta con probabilidad $\tfrac15$. Si $k$ es el número de aciertos, $k\sim B\!\left(4,\tfrac15\right)$ y la nota es
$$\text{nota}=2{,}5k-0{,}625(4-k)=3{,}125k-2{,}5$$
a) Sobresaliente (nota $\ge9$).
$3{,}125k-2{,}5\ge9\Rightarrow k\ge3{,}68$, o sea $k=4$:
$$P(k=4)=\left(\tfrac15\right)^4=\frac{1}{625}=0{,}0016$$
b) Suspender (nota $<5$).
$3{,}125k-2{,}5<5\Rightarrow k<2{,}4$, o sea $k\le2$. Es más fácil por el suceso contrario ($k=3$ o $k=4$):
$$P(k=3)=\binom43\left(\tfrac15\right)^3\tfrac45=\tfrac{16}{625},\qquad P(k=4)=\tfrac1{625}\;\Rightarrow\;P(k\le2)=1-\tfrac{17}{625}=\frac{608}{625}\approx0{,}973$$
Pregunta 4 · Opción 4.2 (alternativa): intervenciones médicas
| Técnica 1 | Técnica 2 | |
|---|---|---|
| Graves: efectivas / total | 30 / 44 | 102 / 140 |
| Leves: efectivas / total | 120 / 136 | 36 / 40 |
| Total | 150 / 180 | 138 / 180 |
a)
Entre las 288 intervenciones efectivas: $P(T_1)=\tfrac{150}{288}\approx0{,}521$ y $P(T_2)=\tfrac{138}{288}\approx0{,}479$. Es más probable que se usara la técnica 1.
b)
Tasas de éxito por gravedad:
- Lesión leve: $T_1=\tfrac{120}{136}\approx0{,}882$; $T_2=\tfrac{36}{40}=0{,}900$ → conviene la técnica 2.
- Lesión grave: $T_1=\tfrac{30}{44}\approx0{,}682$; $T_2=\tfrac{102}{140}\approx0{,}729$ → conviene también la técnica 2.
c)
Globalmente la técnica 1 parece mejor ($\tfrac{150}{180}\approx0{,}833$ frente a $\tfrac{138}{180}\approx0{,}767$), pero es un efecto de la composición: la técnica 1 se aplicó sobre todo a lesiones leves (136 de 180), que son más fáciles de curar (paradoja de Simpson). Como la técnica 2 es mejor en cada tipo de lesión, aplicar siempre la técnica 1 cuando se desconoce la gravedad no es lo más adecuado.
Pregunta 5 · Opción 5.1: archiveros
Si se añaden $x$ archiveros al equipo inicial de 50 (con $0\le x\le20$, porque hay 70 disponibles), el equipo tiene $50+x$ personas y cada una digitaliza $80-x$ expedientes al mes:
$$E(x)=(50+x)(80-x)=4000+30x-x^2$$
Máximo. $E'(x)=30-2x=0\Rightarrow x=15$, y $E''(x)=-2<0$, así que es un máximo; además $15\in[0,20]$.
Resultado: el equipo debe tener $50+15=\mathbf{65}$ archiveros, que digitalizan $65\cdot65=4225$ expedientes al mes.
Pregunta 5 · Opción 5.2 (alternativa): un límite
$$\lim_{x\to0}\frac{e^{\operatorname{sen}x}-e^{x}}{1-\cos x}$$
Numerador y denominador tienden a $0$. Aplicamos L'Hôpital:
$$\lim_{x\to0}\frac{\cos x\,e^{\operatorname{sen}x}-e^x}{\operatorname{sen}x}\quad(\tfrac00\text{ otra vez})$$
Y de nuevo, derivando el numerador ($-\operatorname{sen}x\,e^{\operatorname{sen}x}+\cos^2x\,e^{\operatorname{sen}x}-e^x$) y el denominador ($\cos x$):
$$\frac{0+1-1}{1}=0$$
Resultado: el límite vale $0$. (Comprobación con desarrollos: el numerador se comporta como $-\tfrac{x^3}{6}$ y el denominador como $\tfrac{x^2}{2}$, así que el cociente $\approx-\tfrac{x}{3}\to0$.)