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Límites y continuidad · Límites

Continuidad de una función en un punto

Te conviene dominar: Continuidad de funciones (2° año de preparatoria (semestres 3 y 4))
Te conviene dominar: Función valor absoluto (2° año de preparatoria (semestres 3 y 4))

Un estacionamiento cobra $\$40$ si te quedas hasta una hora, y en cuanto pasas de la hora el cobro "salta" a $\$60$. Si dibujas el costo contra el tiempo, tienes que levantar la pluma justo en la hora. ¿Cómo se detecta ese salto sin dibujar? ¿Y cómo se decide si una fórmula con letras ($a$, $b$, $k$) se puede ajustar para que no haya salto? De eso trata esta página.

Las tres condiciones

Una función es continua en un punto si su gráfica se puede recorrer ahí sin levantar la pluma. Para comprobarlo con números, usamos el límite.

Gráfica continua en x = a: un trazo suave que pasa por el punto relleno (a, f(a)) sin roturas x = a f(a) el límite es igual a f(a): sin rotura

¿Por qué tres? Porque la gráfica puede romperse de tres maneras: no hay punto (falla 1), los dos lados llegan a alturas distintas (falla 2) o el punto está en una altura distinta de la que "esperan" los lados (falla 3).

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Comprueba si la función $f(x) = e^{x-1}$ es continua en el punto $x = 1$. Para que la respuesta sea completa, debes verificar si el valor de la función en el punto…

Comprueba si la función $f(x) = e^{x-1}$ es continua en el punto $x = 1$. Para que la respuesta sea completa, debes verificar si el valor de la función en el punto coincide con el límite de la función cuando $x$ se aproxima a 1.

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Observa la siguiente gráfica de la función $f(x)$ y analiza su comportamiento en el punto de abscisa $x = 2$. Indica si la función es continua en ese punto comprobando…

Observa la siguiente gráfica de la función $f(x)$ y analiza su comportamiento en el punto de abscisa $x = 2$. Indica si la función es continua en ese punto comprobando las tres condiciones de continuidad: existencia de $f(2)$, existencia del $\lim_{x \to 2} f(x)$ y la coincidencia de ambos valores.

x→2⁻ x→2⁺ f(x)→3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 x y f(x) f(x)→2
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Tipos de discontinuidad

Según qué condición falla y cómo se comportan los límites laterales, la discontinuidad se clasifica así:

Tipo Qué ocurre
Evitable El límite existe y es finito, pero $f(a)$ no existe o es distinto del límite.
De salto finito Los dos límites laterales existen y son finitos, pero son distintos.
De salto infinito Al menos uno de los límites laterales es $+\infty$ o $-\infty$ (hay una asíntota vertical).
Tres gráficas: discontinuidad evitable con punto hueco sobre la curva y el valor de la función en otra altura, de salto finito con dos alturas distintas y de salto infinito con asíntota vertical Evitable Salto finito Salto infinito
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Dada la función $f(x) = \frac{1}{x + 4}$, justifica por qué no es continua en el punto $x = -4$. Para ello, calcula los límites laterales $\lim_{x \to -4^-} f(x)$ y…

Dada la función $f(x) = \frac{1}{x + 4}$, justifica por qué no es continua en el punto $x = -4$. Para ello, calcula los límites laterales $\lim_{x \to -4^-} f(x)$ y $\lim_{x \to -4^+} f(x)$ y describe el tipo de discontinuidad que presenta.

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Estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{x^2 - 1}{x - 1}$ en el punto $x = 1$. En caso de que presente una discontinuidad, indica de qué tipo es (evitable, de…

Estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{x^2 - 1}{x - 1}$ en el punto $x = 1$. En caso de que presente una discontinuidad, indica de qué tipo es (evitable, de salto finito o de salto infinito) y razona si existe alguna forma de redefinir la función para que sea continua en dicho punto.

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Clasifica todas las discontinuidades de la función $g(x)$ y determina sus asíntotas verticales analizando el comportamiento de la función en las proximidades de los…

Clasifica todas las discontinuidades de la función $g(x)$ y determina sus asíntotas verticales analizando el comportamiento de la función en las proximidades de los valores donde no está definida:

$$g(x) = \frac{x^3 - 4x}{x^2 - 2x}$$

¿Cómo definirías la función en los puntos de discontinuidad evitable para que resultara continua en ellos?

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Funciones a trozos: límites laterales

En una función a trozos, el punto donde cambia la expresión es el sospechoso. Ahí se calculan los dos límites laterales, cada uno con su fórmula, y el valor $f(a)$ con la fórmula que incluya la igualdad.

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Dada la siguiente función definida a trozos, calcula los límites laterales en el punto de ruptura $x = 3$ y determina si la función es continua en dicho punto:…

Dada la siguiente función definida a trozos, calcula los límites laterales en el punto de ruptura $x = 3$ y determina si la función es continua en dicho punto:

$f(x) = \begin{cases} 2x - 4 & \text{si } x < 3 \\ \sqrt{x + 1} & \text{si } x \ge 3 \end{cases}$

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Analiza visualmente la continuidad de la función representada en el siguiente gráfico. Identifica el valor de $x$ donde la función presenta una discontinuidad y…

Analiza visualmente la continuidad de la función representada en el siguiente gráfico. Identifica el valor de $x$ donde la función presenta una discontinuidad y clasifícala según el comportamiento de sus ramas laterales.

x = −2 f(x) x y −4 −3 −1 1 2 3 4 1 −1 0
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Discontinuidades con valor absoluto

El valor absoluto funciona como una función a trozos: cambia de expresión donde su argumento se anula.

Gráfica con dos ramas separadas en x = 2: la de la izquierda queda debajo del eje y la de la derecha encima, salto finito x = 2 izquierda: −1/(x+1) derecha: 1/(x+1)
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Dada la función: $$f(x) = \frac{x^2 - 1}{|x| - 1}$$ Estudia su continuidad en los puntos $x = 1$ y $x = -1$. En caso de existir discontinuidades, indica de qué tipo son…

Dada la función:

$$f(x) = \frac{x^2 - 1}{|x| - 1}$$

Estudia su continuidad en los puntos $x = 1$ y $x = -1$. En caso de existir discontinuidades, indica de qué tipo son y si existe alguna forma de redefinir la función para eliminarlas.

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Estudia la continuidad de la siguiente función en todo su dominio, clasificando los puntos de discontinuidad que encuentres: $$f(x) = \frac{|x - 2|}{x^2 - x - 2}$$…

Estudia la continuidad de la siguiente función en todo su dominio, clasificando los puntos de discontinuidad que encuentres:

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

Acompaña tu análisis analítico con un esquema de los límites laterales en los puntos conflictivos.

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Estudia la continuidad de la siguiente función en todo su dominio, clasificando detalladamente cada uno de sus puntos de discontinuidad:…

Estudia la continuidad de la siguiente función en todo su dominio, clasificando detalladamente cada uno de sus puntos de discontinuidad:

$f(x) = \dfrac{|x^2 - 1|}{x^2 - 3x + 2}$

Posteriormente, si hubiera algún punto donde la discontinuidad sea evitable, propón una redefinición de la función en dicho punto para transformarla en una función continua allí. Si no hay ninguno, justifícalo.

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Exponenciales y logaritmos: ¿salto finito o infinito?

Con exponenciales como $2^{1/x}$ los dos lados pueden comportarse de forma muy distinta, aunque la función "se vea tranquila". No supongas que un punto fuera del dominio siempre da una asíntota: calcula los límites laterales.

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Estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{1}{1 + 2^{1/x}}$ en el punto $x = 0$. Para ello, calcula los límites laterales $\lim_{x \to 0^-} f(x)$ y…

Estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{1}{1 + 2^{1/x}}$ en el punto $x = 0$. Para ello, calcula los límites laterales $\lim_{x \to 0^-} f(x)$ y $\lim_{x \to 0^+} f(x)$. ¿Qué tipo de discontinuidad presenta la función en dicho punto?

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Hallar parámetros que hacen continua una función

Es el problema más frecuente: una función a trozos con letras ($a$, $b$, $k$) y hay que elegirlas para que no haya saltos.

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Determina el valor del parámetro $k$ para que la función $g(x)$ sea continua en toda la recta real $\mathbb{R}$:…

Determina el valor del parámetro $k$ para que la función $g(x)$ sea continua en toda la recta real $\mathbb{R}$:

$g(x) = \begin{cases} x + k & \text{si } x \le 2 \\ x^2 - 1 & \text{si } x > 2 \end{cases}$

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Un dron de vigilancia sigue una trayectoria de altura definida por la función $h(t)$ (en metros) respecto al tiempo $t$ (en segundos). Debido a un cambio en el sistema…

Un dron de vigilancia sigue una trayectoria de altura definida por la función $h(t)$ (en metros) respecto al tiempo $t$ (en segundos). Debido a un cambio en el sistema de control, la función cambia en $t = 5$:

$h(t) = \begin{cases} t^2 - 10 & \text{si } 0 \le t < 5 \\ 3t & \text{si } t \ge 5 \end{cases}$

Comprueba si la transición de altura es continua en el instante $t = 5$ para evitar que el dron sufra un movimiento brusco.

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Dada la función dependiente del parámetro $k \in \mathbb{R}$: $$f(x) = \begin{cases} \frac{x^2 - kx}{x - 3} & \text{si } x < 3 \\ 2x - 5 & \text{si } x \geq 3…

Dada la función dependiente del parámetro $k \in \mathbb{R}$:

$$f(x) = \begin{cases} \frac{x^2 - kx}{x - 3} & \text{si } x < 3 \\ 2x - 5 & \text{si } x \geq 3 \end{cases}$$

Calcula el valor de $k$ para que la función presente una discontinuidad de salto finito en $x = 3$. ¿Existe algún valor de $k$ que la haga continua en dicho punto? Razona tu respuesta mediante el cálculo de límites laterales.

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Cuando el límite es $0/0$

Si en el punto de empalme un trozo da $0/0$, hay que simplificar antes de igualar. Hay dos herramientas: factorizar (si es racional) y racionalizar, es decir, multiplicar numerador y denominador por el conjugado (si hay raíces).

Si el trozo es racional y debe ser continuo en un punto donde el denominador se anula, el numerador tiene que anularse también (si no, hay asíntota).

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Determina los valores de $a$ y $b$ para que la función $f(x)$ sea continua en todo $\mathbb{R}$: $$f(x) = \begin{cases} \frac{x+2}{x-1} & \text{si } x < -2 \\ a \times x…

Determina los valores de $a$ y $b$ para que la función $f(x)$ sea continua en todo $\mathbb{R}$:

$$f(x) = \begin{cases} \frac{x+2}{x-1} & \text{si } x < -2 \\ a \times x + b & \text{si } -2 \leq x \leq 3 \\ \sqrt{x^2 + 7} & \text{si } x > 3 \end{cases}$$

Explica detalladamente el proceso seguido, verificando la igualdad de los límites laterales en cada punto de cambio de rama.

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Considera la función $f(x)$ definida por: $$f(x) = \begin{cases} \ln(x+1) & \text{si } -1 < x < 0 \\ x^2 - a & \text{si } 0 \leq x < 2 \\ b \times 2^x & \text{si } x…

Considera la función $f(x)$ definida por:

$$f(x) = \begin{cases} \ln(x+1) & \text{si } -1 < x < 0 \\ x^2 - a & \text{si } 0 \leq x < 2 \\ b \times 2^x & \text{si } x \geq 2 \end{cases}$$

Halla los valores de $a$ y $b$ para que la función sea continua en su dominio de definición. Una vez hallados, indica si la función es continua en $x = -1$.

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Un sistema de refrigeración industrial regula su potencia $P$ (en kilowatios) según la temperatura exterior $T$ (en grados Celsius) mediante la siguiente función: $$P(T)…

Un sistema de refrigeración industrial regula su potencia $P$ (en kilowatios) según la temperatura exterior $T$ (en grados Celsius) mediante la siguiente función:

$$P(T) = \begin{cases} \dfrac{a \times e^T}{e^T + 1} & \text{si } T \leq 0 \\[2mm] \dfrac{\sqrt{T+4} - 2}{T} & \text{si } T > 0 \end{cases}$$

Determina el valor de la constante $a$ para que la transición de potencia sea continua cuando la temperatura pasa por los $0\,^\circ C$.

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Se está probando un nuevo prototipo de motor cuya aceleración $a$ (en $m/s^2$) depende del tiempo $t$ (en segundos) según la expresión: $$a(t) = \begin{cases} t^2 + m &…

Se está probando un nuevo prototipo de motor cuya aceleración $a$ (en $m/s^2$) depende del tiempo $t$ (en segundos) según la expresión:

$$a(t) = \begin{cases} t^2 + m & \text{si } 0 \leq t < 2 \\ \frac{t-2}{\sqrt{t+7} - 3} & \text{si } t > 2 \end{cases}$$

Calcula el valor de $m$ para que la aceleración no sufra saltos bruscos (sea continua) en el instante $t = 2$ s.

1 2 3 4 5 6 2 4 6 8 10 t (s) a (m/s²) a(t) = t² + m a(t) = (t - 2) / (√(t + 7) - 3) Límite = 6
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Un equipo de ingenieros robóticos ha programado el movimiento de un brazo mecánico. La velocidad del extremo del brazo (en m/s) sigue la trayectoria:…

Un equipo de ingenieros robóticos ha programado el movimiento de un brazo mecánico. La velocidad del extremo del brazo (en m/s) sigue la trayectoria:

$v(t) = \begin{cases} \frac{\sqrt{t+5}-3}{t-4} & \text{si } 0 \leq t < 4 \\ \frac{a}{12} & \text{si } t = 4 \\ \frac{t^2 - 16}{t^2 - 3t - 4} \times b & \text{si } t > 4 \end{cases}$

Determina los valores de $a$ y $b$ para que el movimiento del robot sea continuo (sin tirones bruscos) en el instante $t = 4$ segundos.

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Dada la función dependiente del parámetro $k$: $f(x) = \frac{x^3 - kx^2 + 3x}{x^2 - x}$ a) Halla el valor de $k$ para que la función tenga una discontinuidad evitable en…

Dada la función dependiente del parámetro $k$:

$f(x) = \frac{x^3 - kx^2 + 3x}{x^2 - x}$

  1. a) Halla el valor de $k$ para que la función tenga una discontinuidad evitable en $x = 1$.
  2. b) Para ese valor de $k$, estudia la continuidad en $x = 0$ y determina si existe alguna asíntota vertical.
  3. c) ¿Existe algún valor de $k$ que haga que la función sea continua en todo $\mathbb{R}$? Justifica tu respuesta.
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Ampliación: límites notables y límites en el infinito

Límite cuando $x$ crece sin límite

Con cocientes de polinomios se resuelve dividiendo numerador y denominador entre la mayor potencia de $x$: los términos con $\frac{1}{x}$, $\frac{1}{x^2}$… tienden a $0$.

Tres límites notables

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Dada la función $f(x) = \left( \frac{2x^2 + 3}{2x^2 - 1} \right)^{ax^2}$, se pide: a) Hallar el valor del parámetro $a \in \mathbb{R}$ para que…

Dada la función $f(x) = \left( \frac{2x^2 + 3}{2x^2 - 1} \right)^{ax^2}$, se pide:

  1. a) Hallar el valor del parámetro $a \in \mathbb{R}$ para que $\lim_{x \to \infty} f(x) = e^2$.
  2. b) Con el valor de $a$ obtenido en el apartado anterior, define una nueva función $g(x)$ tal que:

$g(x) = \begin{cases} f(x) & \text{si } x \ge 1 \\ \frac{x^2 + bx + c}{x - 1} & \text{si } x < 1 \end{cases}$

Determina $b$ y $c$ para que $g(x)$ sea continua en $x = 1$.

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Una empresa de telecomunicaciones está ajustando la potencia de una antena 5G. La pérdida de señal $L$ (en decibelios) depende de la distancia $d$ (en km) según la…

Una empresa de telecomunicaciones está ajustando la potencia de una antena 5G. La pérdida de señal $L$ (en decibelios) depende de la distancia $d$ (en km) según la expresión:

$L(d) = \begin{cases} \frac{k \times \ln(d+1)}{d} & \text{si } 0 < d < 1 \\ \sqrt{d^2 + 3} - a & \text{si } d \geq 1 \end{cases}$

Se requiere que la transición de potencia sea suave y continua para no interrumpir las llamadas en el límite de 1 km. Calcula los valores de $k$ y $a$ sabiendo que cuando la distancia tiende a 0 km, la pérdida de señal tiende a ser de 2 dB.

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En el diseño de un nuevo componente para un acelerador de partículas, la intensidad de un campo magnético en función de la posición $x$ (en milímetros) viene definida…

En el diseño de un nuevo componente para un acelerador de partículas, la intensidad de un campo magnético en función de la posición $x$ (en milímetros) viene definida por la siguiente función:

$f(x) = \begin{cases} \frac{e^{ax} - 1}{x} & \text{si } x < 0 \\ b & \text{si } x = 0 \\ \frac{x^2 - 4}{x - 2} \times \cos(\pi x) & \text{si } x > 0 \end{cases}$

Determina los valores de los parámetros reales $a$ y $b$ para que la intensidad del campo magnético sea continua en el punto $x = 0$. Una vez hallados, ¿sería la función continua en el punto $x = 2$? Razona tu respuesta analíticamente.

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Una consecuencia: el teorema de Bolzano

Para ver que dos gráficas $f$ y $g$ se cortan, aplica Bolzano a la diferencia $h=f-g$.

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Aplica el Teorema de Bolzano para demostrar que las gráficas de las funciones $f(x) = \ln(x)$ y $g(x) = e^{-x}$ se cortan en al menos un punto dentro del intervalo…

Aplica el Teorema de Bolzano para demostrar que las gráficas de las funciones $f(x) = \ln(x)$ y $g(x) = e^{-x}$ se cortan en al menos un punto dentro del intervalo $(1, e)$. Justifica razonadamente si dicho punto de corte es único en ese intervalo basándote en el crecimiento de las funciones.

x y 0 1 e 1 c f(x) = ln(x) g(x) = e⁻ˣ f(1) < g(1) f(e) > g(e)
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Vuelve al principio: el cobro del estacionamiento tiene en la hora un salto finito (los límites laterales son $\$40$ y $\$60$), y por eso no se puede dibujar sin levantar la pluma.

Resumen

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