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Límites y continuidad · Concepto

Continuidad. Tipos de discontinuidad

Un plan de almacenamiento en la nube cobra $\$2$ por gigabyte, pero al pasar de cierto umbral el precio cambia. En un caso la factura sube poco a poco; en otro, al rebasar 1 GB, de pronto te cobran $\$40$ más. ¿Cómo distinguir con exactitud una tarifa "sin saltos" de una que sí los tiene, y qué nombre recibe cada tipo de ruptura? Eso es la continuidad.

Continuidad en un punto: las tres condiciones

Una función es continua en $x=a$ cuando su gráfica no se rompe justo ahí. El valor al que te acercas por ambos lados es el mismo valor que la función toma en ese punto.

Recuerda que el límite existe cuando los límites laterales existen y son iguales. Observa esta función a trozos y fíjate dónde se "pega" la gráfica:

Las funciones que ya conoces (polinomios, $e^x$, $\operatorname{sen}x$, raíces y logaritmos en su dominio) son continuas en todo punto donde están definidas. Por eso, en un polinomio el límite en cualquier punto es simplemente evaluar.

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Determina si la siguiente función definida a trozos es continua en el "punto de ruptura" $x = 1$: $$f(x) = \begin{cases} x + 1 & \text{si } x < 1 \\ 3 & \text{si } x = 1…

Determina si la siguiente función definida a trozos es continua en el "punto de ruptura" $x = 1$:

$$f(x) = \begin{cases} x + 1 & \text{si } x < 1 \\ 3 & \text{si } x = 1 \\ 2x & \text{si } x > 1 \end{cases}$$

Para ello, verifica si se cumplen las tres condiciones de continuidad:

  1. ¿Existe $f(1)$?

  2. ¿Existe $\lim_{x \to 1} f(x)$?

  3. ¿Coinciden ambos valores?

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Dada la función $f(x) = \frac{x^2 - 9}{x - 3}$, indica si la función está definida en $x = 3$. ¿Existe el límite $\lim_{x \to 3} f(x)$? A partir de tus respuestas,…

Dada la función $f(x) = \frac{x^2 - 9}{x - 3}$, indica si la función está definida en $x = 3$. ¿Existe el límite $\lim_{x \to 3} f(x)$? A partir de tus respuestas, decide si la función es continua en ese punto.

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Estudia la continuidad de la función polinómica $f(x) = x^3 - 2x + 5$ en el punto $x = 0$. ¿Crees que esta función podría tener alguna discontinuidad en cualquier otro…

Estudia la continuidad de la función polinómica $f(x) = x^3 - 2x + 5$ en el punto $x = 0$. ¿Crees que esta función podría tener alguna discontinuidad en cualquier otro número real? Explica por qué.

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Leer la continuidad en una gráfica

Una función es continua en un intervalo si puedes recorrer su gráfica sin levantar la pluma. Cada vez que tengas que levantarla, hay una discontinuidad. Para decidir de qué tipo, haz tres preguntas en el punto:

  • ¿A qué altura llegan las ramas por la izquierda y por la derecha?

  • ¿Hay un punto relleno? ¿A qué altura está?

  • ¿La gráfica se va hacia arriba o hacia abajo sin límite (asíntota vertical)?

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Identifica cuál de las siguientes tres gráficas corresponde a una función continua en todo el intervalo mostrado y explica qué característica visual te permite…

Identifica cuál de las siguientes tres gráficas corresponde a una función continua en todo el intervalo mostrado y explica qué característica visual te permite asegurarlo.

A B C
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Observa la siguiente gráfica que representa el nivel de señal de WiFi en un centro comercial a medida que te alejas del router principal. Identifica los valores de $x$…

Observa la siguiente gráfica que representa el nivel de señal de WiFi en un centro comercial a medida que te alejas del router principal. Identifica los valores de $x$ en los que la función no es continua y explica razonadamente, de forma intuitiva, por qué ocurre esto.

Distancia (m) Señal WiFi (%) 10 20 30 40 50 60 20 40 60 80 100 0
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Dada la siguiente gráfica de una función $f(x)$ que representa el nivel de actividad de una aplicación para celular a lo largo de un intervalo de tiempo, analiza su…

Dada la siguiente gráfica de una función $f(x)$ que representa el nivel de actividad de una aplicación para celular a lo largo de un intervalo de tiempo, analiza su continuidad en los puntos $x = -2$, $x = 1$ y $x = 3$. Indica en cada caso el tipo de discontinuidad (evitable, de salto finito o de salto infinito) justificando tu respuesta mediante el estudio de los límites laterales y el valor de la función.

−2 1 3 0 x f(x)
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Clasificación de las discontinuidades

Cuando falla alguna de las tres condiciones, hay tres maneras de fallar. Cada una tiene su nombre y su aspecto gráfico.

Comparación de los tres tipos de discontinuidad: evitable con punto desplazado, salto finito con escalón entre ramas y salto infinito con asíntota vertical. evitable salto finito salto infinito
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Clasifica el tipo de discontinuidad que presenta la función mostrada en la imagen en el punto $x = 2$. Justifica si se trata de una discontinuidad evitable, de salto…

Clasifica el tipo de discontinuidad que presenta la función mostrada en la imagen en el punto $x = 2$. Justifica si se trata de una discontinuidad evitable, de salto finito o de salto infinito.

0 1 3 4 5 1 2 3 4 x=2 x y
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Considera la función $f(x) = \dfrac{|x - 4|}{x - 4}$. a) Calcula los límites laterales de la función cuando $x$ tiende a $4$. b) Indica si la función es continua en…

Considera la función $f(x) = \dfrac{|x - 4|}{x - 4}$.

  1. a) Calcula los límites laterales de la función cuando $x$ tiende a $4$.
  2. b) Indica si la función es continua en $x = 4$. Si no lo es, clasifica el tipo de discontinuidad.
  3. c) Realiza un esbozo de la gráfica de la función en el entorno del punto $x = 4$.
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Sea la función definida por: $$f(x) = \begin{cases} \frac{1}{1 + e^{1/x}} & \text{si } x \neq 0 \\ 0 & \text{si } x = 0 \end{cases}$$ Estudia la continuidad de la…

Sea la función definida por:

$$f(x) = \begin{cases} \frac{1}{1 + e^{1/x}} & \text{si } x \neq 0 \\ 0 & \text{si } x = 0 \end{cases}$$

Estudia la continuidad de la función en el punto $x = 0$ analizando sus límites laterales. ¿Es continua por la derecha? ¿Y por la izquierda? Clasifica razonadamente el tipo de discontinuidad que presenta.

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Funciones a trozos: hallar parámetros

Muchas tarifas y costos se definen por tramos: la luz, el Metrobús, un plan de datos. Para que el costo no dé saltos al cambiar de tramo, hay que "empalmar" bien las expresiones. Esto se traduce en una ecuación en cada punto de empalme.

Mueve $k$ y $m$ hasta que las dos ramas se toquen en $x=0$. ¿Qué valor debe tener $m$?

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Determina los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la siguiente función definida a trozos sea continua en toda la recta real $\mathbb{R}$: $$f(x) = \begin{cases}…

Determina los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la siguiente función definida a trozos sea continua en toda la recta real $\mathbb{R}$:

$$f(x) = \begin{cases} x + 2a & \text{si } x < -1 \\ 3x + b & \text{si } -1 \leq x < 2 \\ x^2 - 5 & \text{si } x \geq 2 \end{cases}$$ x f(x) −1 2 −1 −10 x + 2a 3x + b x² - 5
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Se ha proyectado la construcción de un puente cuyo perfil lateral sigue la función: $$h(x) = \begin{cases} \sqrt{x+4} & \text{si } -4 \leq x < 0 \\ \dfrac{x^2 - 4}{x -…

Se ha proyectado la construcción de un puente cuyo perfil lateral sigue la función:

$$h(x) = \begin{cases} \sqrt{x+4} & \text{si } -4 \leq x < 0 \\ \dfrac{x^2 - 4}{x - 2} & \text{si } 0 \leq x < 4 \end{cases}$$
  1. a) ¿Es continua la altura del puente en el punto de unión $x = 0$?
  2. b) ¿Existe algún punto de discontinuidad en el intervalo $[0, 4)$? En caso afirmativo, explica si es un problema real para la construcción (discontinuidad evitable) o si supone una ruptura del perfil (salto).
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Dada la función dependiente de los parámetros reales $k$ y $m$: $$g(x) = \begin{cases} \frac{k \times \text{sen}(x)}{x} & \text{si } x < 0 \\ x^2 + m & \text{si } 0 \le…

Dada la función dependiente de los parámetros reales $k$ y $m$:

$$g(x) = \begin{cases} \frac{k \times \text{sen}(x)}{x} & \text{si } x < 0 \\ x^2 + m & \text{si } 0 \le x \le 1 \\ \frac{\sqrt{x} - 1}{x - 1} & \text{si } x > 1 \end{cases}$$

Halla los valores de $k$ y $m$ para que $g(x)$ sea una función continua en todo el conjunto de los números reales.

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Funciones racionales: dominio y tipo de discontinuidad

En una función racional los únicos candidatos a discontinuidad son los puntos que anulan el denominador. Factorizar numerador y denominador decide, en cada uno, si la discontinuidad es evitable o una asíntota vertical.

Para modelar a largo plazo (por ejemplo, la población de una colonia de bacterias cuando $t$ crece) también necesitas el límite en el infinito de una racional. Si numerador y denominador tienen el mismo grado, el límite es el cociente de los coeficientes de mayor grado: $\displaystyle\lim_{t\to\infty}\dfrac{at-5}{t-2}=a$.

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Un creador de contenido analiza el crecimiento de sus seguidores con una función que ha sufrido un "error" en el servidor. La función es $g(x) = \frac{x-1}{x^2-1}$.…

Un creador de contenido analiza el crecimiento de sus seguidores con una función que ha sufrido un "error" en el servidor. La función es $g(x) = \frac{x-1}{x^2-1}$. Indica para qué valores de $x$ la función no es continua. ¿Qué ocurre en el denominador para que falle la continuidad?

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Estudia la continuidad de la siguiente función racional en todo su dominio y clasifica sus puntos de discontinuidad: $$f(x) = \frac{x^2 - x - 6}{x^2 - 9}$$ Para los…

Estudia la continuidad de la siguiente función racional en todo su dominio y clasifica sus puntos de discontinuidad:

$$f(x) = \frac{x^2 - x - 6}{x^2 - 9}$$

Para los puntos donde la discontinuidad sea evitable, define una nueva función $g(x)$ que sea continua en dicho punto.

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Considera la función $f(x) = \frac{x^3 - kx^2 + 3x}{x^2 - 4x + 3}$. a) ¿Para qué valores de $k$ tiene la función una discontinuidad evitable en $x = 3$? b) Una vez…

Considera la función $f(x) = \frac{x^3 - kx^2 + 3x}{x^2 - 4x + 3}$.

  1. a) ¿Para qué valores de $k$ tiene la función una discontinuidad evitable en $x = 3$?
  2. b) Una vez hallado ese valor de $k$, redefine la función en ese punto para que sea continua en $x = 3$.
  3. c) Con el valor de $k$ obtenido, ¿qué ocurre en $x = 1$? Clasifica la discontinuidad en ese otro punto.
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Modelos reales: tarifas, costos y beneficios

Estos ejercicios combinan todo lo anterior. El procedimiento es el mismo: identifica los puntos "sospechosos" (empalmes y ceros del denominador), calcula límites laterales y compara con el valor de la función. Después interpreta el resultado.

Practica★★☆Sin empezar
Una empresa de mensajería urgente establece sus tarifas mensuales para clientes corporativos en función del volumen de paquetes enviados ($x$, en cientos de unidades).…

Una empresa de mensajería urgente establece sus tarifas mensuales para clientes corporativos en función del volumen de paquetes enviados ($x$, en cientos de unidades). La función de costo total ($C(x)$, en miles de pesos) está dada por:

$$C(x) = \begin{cases} \dfrac{x^2 + 2x}{x} & \text{si } 0 < x < 2 \\ k \times (x - 1) & \text{si } x \geq 2 \end{cases}$$

Calcula el valor del parámetro $k$ para que la función sea continua en $x = 2$. ¿Qué tipo de discontinuidad presenta la función en el punto $x = 0$?

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El crecimiento de una colonia de bacterias en un entorno controlado sigue una pauta que cambia al agotarse un nutriente a las 3 horas de iniciar el experimento. La…

El crecimiento de una colonia de bacterias en un entorno controlado sigue una pauta que cambia al agotarse un nutriente a las 3 horas de iniciar el experimento. La población $P(t)$ (en millones) se modeliza mediante la función:

$$P(t) = \begin{cases} t^2 + 1 & \text{si } 0 \leq t < 3 \\ \dfrac{at - 5}{t - 2} & \text{si } t \geq 3 \end{cases}$$

Donde $t$ es el tiempo en horas. Determina el valor de $a$ para que el crecimiento de la población sea continuo en el instante del cambio de dieta ($t = 3$). A largo plazo ($t \to \infty$), ¿a qué valor tiende la población si se mantiene esa segunda pauta?

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Dada la función $f(x) = e^{\frac{1}{x-1}}$, analiza su continuidad y clasifica sus discontinuidades. Para ello: 1. Determina el dominio de la función. 2. Calcula los…

Dada la función $f(x) = e^{\frac{1}{x-1}}$, analiza su continuidad y clasifica sus discontinuidades. Para ello:

  1. Determina el dominio de la función.

  2. Calcula los límites laterales en el punto donde la función no está definida.

  3. Interpreta los resultados para indicar si existe una asíntota vertical y de qué tipo es la discontinuidad.

y=1 x=1 x y −1 1 f(x)=e1/(x-1) 1. Dominio = ? 2. Lím. laterales = ? 3. ¿Asíntota Vert.? ¿Tipo discont.? ¿f(1)? ¿Asíntota Vertical? x→1⁻ ? x→1⁺ ?
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Vuelve al principio: una tarifa que "sube poco a poco" es continua: los límites laterales coinciden con el valor en cada umbral. La que sube $\$40$ de golpe al rebasar 1 GB tiene discontinuidad de salto finito en ese umbral, y los límites laterales lo demuestran.

Cuando domines lo anterior, intenta los más retadores:

Practica★★★Sin empezar
Una empresa de servicios en la nube ofrece un plan de almacenamiento cuya tarifa mensual $C(x)$, en pesos, depende de los gigabytes consumidos $x$. La función está dada…

Una empresa de servicios en la nube ofrece un plan de almacenamiento cuya tarifa mensual $C(x)$, en pesos, depende de los gigabytes consumidos $x$. La función está dada por la siguiente expresión:

$$C(x) = \begin{cases} 2x + a & \text{si } 0 \le x \le 10 \\ \frac{x^2 - 100}{x - 10} + b & \text{si } 10 < x < 50 \\ \ln(x - 49) + 45 & \text{si } x \ge 50 \end{cases}$$

Determina los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la tarifa sea continua en todo su dominio. ¿Qué tipo de discontinuidad presentaría la función en $x = 10$ si el valor de $b$ fuera distinto al obtenido?

x (GB) C(x) ($) 10 20 30 40 50 60 −20 −10 10 20 30 40 50 60 0 ≤ x ≤ 10 10 < x < 50 x ≥ 50 Salto si b ≠ −15 C₁(x) C₂(x) C₃(x)
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Practica★★★Sin empezar
Estudia la continuidad de la siguiente función definida a trozos y clasifica todos sus puntos de discontinuidad: $$f(x) = \begin{cases} \frac{e^x}{x} & \text{si } x < 0…

Estudia la continuidad de la siguiente función definida a trozos y clasifica todos sus puntos de discontinuidad:

$$f(x) = \begin{cases} \frac{e^x}{x} & \text{si } x < 0 \\ \frac{x^2 - 1}{x^2 - 3x + 2} & \text{si } 0 \le x < 2 \\ \frac{3}{x - 2} & \text{si } x > 2 \end{cases}$$

Indica razonadamente si alguna de las discontinuidades encontradas es de tipo evitable.

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Practica★★★Sin empezar
Un analista financiero modela el beneficio esperado $B(t)$, en miles de pesos, de una inversión tecnológica a lo largo del tiempo $t$ (en años) mediante la función:…

Un analista financiero modela el beneficio esperado $B(t)$, en miles de pesos, de una inversión tecnológica a lo largo del tiempo $t$ (en años) mediante la función:

$$B(t) = \frac{|t^2 - 4|}{t - 2}$$
  1. a) Grafica la función en el intervalo $[0, 5]$.
  2. b) Analiza la continuidad de $B(t)$ en $t = 2$. ¿Existe el límite en dicho punto?
  3. c) Clasifica el tipo de discontinuidad y explica su significado en el contexto del beneficio de la empresa.
Salto finito ΔB = 8 t (años) B(t) (miles $) B(t) = t + 2 B(t) = -t - 2 1 2 3 4 5 8 7 6 4 2 0 −2 −4
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Practica★★★Sin empezar
Un estudio sociológico establece que el nivel de aceptación de una nueva ley, $L(t)$, en una escala de 0 a 100, sigue el siguiente modelo durante los primeros 10 meses…

Un estudio sociológico establece que el nivel de aceptación de una nueva ley, $L(t)$, en una escala de 0 a 100, sigue el siguiente modelo durante los primeros 10 meses ($t$):

$$L(t) = \begin{cases} t^2 - 4t + 50 & \text{si } 0 \le t \le 4 \\ \frac{50t - 100}{t - 2} & \text{si } 4 < t \le 10 \end{cases}$$
  1. a) Justifica si el nivel de aceptación ha variado de forma continua a lo largo de los 10 meses.
  2. b) Si en el mes $t = 4$ se produjo un cambio en la campaña de comunicación, ¿hubo un salto brusco en la aceptación? Si es así, calcula la magnitud del salto y clasifica la discontinuidad.
Meses (t) Aceptación L(t) 2 4 6 8 10 20 40 50 60 80 100 Cambio de campaña t = 4 (2, 46) t² - 4t + 50 50t - 100 t - 2
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Practica★★★Sin empezar
Se considera la función $f(x) = \frac{x^2 - a}{x^3 + bx + c}$. Se sabe que la función tiene una discontinuidad de salto infinito en $x = 1$ y $x = -3$. Además, presenta…

Se considera la función $f(x) = \frac{x^2 - a}{x^3 + bx + c}$. Se sabe que la función tiene una discontinuidad de salto infinito en $x = 1$ y $x = -3$. Además, presenta una discontinuidad evitable en $x = 2$.

Halla los valores de los parámetros $a, b$ y $c$. Con estos valores, calcula el límite de la función cuando $x \to +\infty$.

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Resumen

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