Intersecciones, signo y asíntotas de las funciones racionales
Emma tiene un food truck (camión de comida). Cada día le cuesta $\$400$ en costos fijos más $\$3$ por cada comida que prepara, así que su costo promedio por comida después de vender $n$ comidas es $A(n)=\dfrac{3n+400}{n}$. ¿Qué le pasa a $A$ si vende solo unas pocas comidas? ¿Y si vende miles? Tres preguntas responden esto y mucho más sobre las funciones racionales: ¿dónde cruza la gráfica los ejes?, ¿dónde es positiva o negativa?, ¿dónde se dispara o se estabiliza?
Intersecciones con los ejes
La intersección con el eje $y$ es el punto donde la gráfica cruza el eje $y$, así que $x=0$. Las intersecciones con el eje $x$ son donde la gráfica cruza el eje $x$, es decir, donde $f(x)=0$.
Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados de la función $f(x) = \frac{2x-6}{x+4}$.
Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados de la función $f(x) = \frac{2x-6}{x+4}$.
Análisis del signo
¿Cuándo $f(x)>0$ y cuándo $f(x)<0$? Una función racional solo puede cambiar de signo en un valor de $x$ donde el numerador es cero (cruza el eje $x$) o donde el denominador es cero (salta sobre un valor prohibido). Llamamos a estos valores críticos. Entre dos valores críticos consecutivos, el signo no cambia.
La figura muestra la tabla de signos de $f(x)=\dfrac{x+1}{x-4}$. El punto relleno en $-1$ es un cero. El punto abierto en $4$ está excluido del dominio.
Determina los intervalos en los que la función $f(x) = \frac{x-3}{x+2}$ toma valores estrictamente positivos.
Determina los intervalos en los que la función $f(x) = \frac{x-3}{x+2}$ toma valores estrictamente positivos.
Estudia analíticamente el signo de la función $f(x) = \frac{-2x}{x^2-4}$ en todo su dominio.
Estudia analíticamente el signo de la función $f(x) = \frac{-2x}{x^2-4}$ en todo su dominio.
Asíntotas verticales y huecos
Una asíntota vertical es una recta vertical a la que la gráfica se acerca cada vez más mientras sube o baja sin límite. Ocurre en un valor que hace cero el denominador.
Encuentra el dominio de definición y las ecuaciones de las asíntotas verticales de la función $f(x) = \frac{x+7}{x^2-9}$.
Encuentra el dominio de definición y las ecuaciones de las asíntotas verticales de la función $f(x) = \frac{x+7}{x^2-9}$.
Discuta, en función de los valores del parámetro real $k$, el número y tipo de asíntotas verticales que presenta la función $f(x) = \frac{x^2-x-2}{x^2-k}$. Determine…
Discuta, en función de los valores del parámetro real $k$, el número y tipo de asíntotas verticales que presenta la función $f(x) = \frac{x^2-x-2}{x^2-k}$. Determine también para qué valor exacto de $k$ la función presenta una discontinuidad evitable.
Asíntotas horizontales
¿Qué hace una función racional cuando $|x|$ es muy grande? Los términos con la mayor potencia de $x$ dominan y los términos de menor potencia se vuelven despreciables. Así que solo necesitamos comparar los grados de $P$ y $Q$.
Ahora prueba a cambiar el coeficiente principal y observa dónde se estabiliza la gráfica.
Dada la función $f(x) = \frac{3x^2-2}{x^2+1}$, determina la ecuación de su asíntota horizontal evaluando los límites pertinentes cuando $x \to +\infty$ y $x \to -\infty$.
Dada la función $f(x) = \frac{3x^2-2}{x^2+1}$, determina la ecuación de su asíntota horizontal evaluando los límites pertinentes cuando $x \to +\infty$ y $x \to -\infty$.
Halla las ecuaciones de las asíntotas vertical y horizontal de la función racional $f(x) = \frac{5x+1}{2x-4}$.
Halla las ecuaciones de las asíntotas vertical y horizontal de la función racional $f(x) = \frac{5x+1}{2x-4}$.
La población de una especie de alga en un estanque, medida en miles de individuos, evoluciona según la función $P(t) = \frac{120t+50}{2t+5}$, donde $t \geq 0$ es el…
La población de una especie de alga en un estanque, medida en miles de individuos, evoluciona según la función $P(t) = \frac{120t+50}{2t+5}$, donde $t \geq 0$ es el tiempo transcurrido en días. Calcula la población inicial, el instante en que la población alcanza los $40$ mil individuos y el límite de la población a muy largo plazo (asíntota horizontal).
Asíntotas oblicuas
Si el numerador tiene exactamente un grado más que el denominador, la gráfica no se estabiliza. Sigue una recta inclinada. A esta se le llama asíntota oblicua (slant asymptote).
Calcula la ecuación de la asíntota oblicua de la función $f(x) = \frac{x^2-5x+6}{x-1}$.
Calcula la ecuación de la asíntota oblicua de la función $f(x) = \frac{x^2-5x+6}{x-1}$.
El costo total de producción de $x$ cientos de piezas de un componente electrónico es $C(x) = 3x^2+5x+12$ cientos de dólares. Si la función de costo medio por cien…
El costo total de producción de $x$ cientos de piezas de un componente electrónico es $C(x) = 3x^2+5x+12$ cientos de dólares. Si la función de costo medio por cien piezas se define como $C_m(x) = \frac{C(x)}{x}$, halle la asíntota oblicua de $C_m(x)$ y explique su significado económico para valores muy grandes de producción.
Calcule la ecuación de la asíntota oblicua de la función $f(x) = \frac{2x^2+1}{x-1}$ y estudie analíticamente la posición relativa de la curva respecto a dicha asíntota…
Calcule la ecuación de la asíntota oblicua de la función $f(x) = \frac{2x^2+1}{x-1}$ y estudie analíticamente la posición relativa de la curva respecto a dicha asíntota cuando $x \to +\infty$ y cuando $x \to -\infty$.
Cómo leer una gráfica
A veces te dan la gráfica y debes encontrar la fórmula. Lee las asíntotas (rectas discontinuas), las intersecciones y luego relaciónalas con el álgebra.
Observa la siguiente gráfica de una función racional y determina, a partir de ella, las ecuaciones de sus asíntotas y las coordenadas de sus puntos de corte con los ejes.
Observa la siguiente gráfica de una función racional y determina, a partir de ella, las ecuaciones de sus asíntotas y las coordenadas de sus puntos de corte con los ejes.
A partir de la gráfica de la función racional $f(x)$ que se muestra a continuación, deduzca su expresión analítica sabiendo que es de la forma $f(x) = \frac{ax+b}{cx+d}$.
A partir de la gráfica de la función racional $f(x)$ que se muestra a continuación, deduzca su expresión analítica sabiendo que es de la forma $f(x) = \frac{ax+b}{cx+d}$.
La siguiente gráfica muestra una función racional que posee una asíntota oblicua y una asíntota vertical. Sabiendo que la función es de la forma…
La siguiente gráfica muestra una función racional que posee una asíntota oblicua y una asíntota vertical. Sabiendo que la función es de la forma $f(x) = \frac{x^2+ax+b}{x+c}$, analice sus elementos visuales (asíntotas y cortes) para determinar el valor de los coeficientes $a$, $b$ y $c$.
Cómo encontrar parámetros
Muchos problemas te dan el comportamiento de una función y piden coeficientes desconocidos. Traduce cada dato a una ecuación:
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una asíntota vertical en $x=x_0$ significa que el denominador es $0$ en $x_0$ (y el numerador no);
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una asíntota horizontal $y=L$ significa que el cociente de los coeficientes principales es $L$;
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una asíntota oblicua $y=mx+b$ significa que el cociente de la división es $mx+b$;
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cruzar el eje $x$ en $x_0$ significa que el numerador es $0$ en $x_0$.
Determine los valores numéricos de los parámetros $a$ y $b$ sabiendo que la función $f(x) = \frac{ax+3}{bx-2}$ posee una asíntota vertical en la recta $x = 1$ y una…
Determine los valores numéricos de los parámetros $a$ y $b$ sabiendo que la función $f(x) = \frac{ax+3}{bx-2}$ posee una asíntota vertical en la recta $x = 1$ y una asíntota horizontal en la recta $y = 4$.
Encuentre los valores de los parámetros $a$, $b$ y $c$ para que la función racional $f(x) = \frac{ax^2+bx+c}{x+2}$ posea una asíntota oblicua de ecuación $y = 3x - 1$ y…
Encuentre los valores de los parámetros $a$, $b$ y $c$ para que la función racional $f(x) = \frac{ax^2+bx+c}{x+2}$ posea una asíntota oblicua de ecuación $y = 3x - 1$ y cruce el eje de abscisas exactamente en el punto $x = 1$.
Dada la función racional $f(x) = \frac{x^3+kx^2+x-1}{x^2-1}$, halle el valor del parámetro $k$ para que la curva representativa de la función cruce a su propia asíntota…
Dada la función racional $f(x) = \frac{x^3+kx^2+x-1}{x^2-1}$, halle el valor del parámetro $k$ para que la curva representativa de la función cruce a su propia asíntota oblicua en el punto de abscisa $x = 2$.
Análisis completo
Ahora combina todo. Una buena rutina es:
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Factoriza el numerador y el denominador y cancela los factores comunes (anota los huecos).
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Encuentra las intersecciones.
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Haz una tabla de signos.
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Encuentra las asíntotas verticales y luego las horizontales u oblicuas.
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Si te lo piden, compara la curva con la asíntota usando $f(x)-(\text{asíntota})$.
Halle las asíntotas y los puntos de corte con los ejes de la función $f(x) = \frac{x^3-8}{x^2-4}$. Preste especial atención a las posibles discontinuidades evitables al…
Halle las asíntotas y los puntos de corte con los ejes de la función $f(x) = \frac{x^3-8}{x^2-4}$. Preste especial atención a las posibles discontinuidades evitables al simplificar la expresión.
La deflexión de una viga apoyada, sometida a una carga variable, se puede aproximar mediante la función $D(x) = \frac{x^3-4x^2+3x}{x^2+1}$, donde $x$ es la distancia en…
La deflexión de una viga apoyada, sometida a una carga variable, se puede aproximar mediante la función $D(x) = \frac{x^3-4x^2+3x}{x^2+1}$, donde $x$ es la distancia en pies medida desde el extremo izquierdo del apoyo. Determine los puntos donde la deflexión es nula, estudie el signo de $D(x)$ en el intervalo $x \in [0, 4]$ y calcule la ecuación de la asíntota oblicua de la función.
Estudie de forma completa las asíntotas y la posición relativa de la curva respecto a ellas para la función $f(x) = \frac{2x^3-5x^2+4x+1}{x^2-2x+1}$. Tenga en cuenta las…
Estudie de forma completa las asíntotas y la posición relativa de la curva respecto a ellas para la función $f(x) = \frac{2x^3-5x^2+4x+1}{x^2-2x+1}$. Tenga en cuenta las posibles raíces múltiples que puedan aparecer en el denominador durante el cálculo de límites.
Modelos racionales en contexto
En las aplicaciones, la variable suele tener un dominio restringido (tiempo $t\geq0$, precio mayor que $0$), y cada característica tiene un significado:
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la intersección con el eje $y$ (en $t=0$) es el valor inicial;
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un cero de la función indica cuándo la cantidad se anula;
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el signo dice si la cantidad es positiva, negativa, crece o disminuye dentro del dominio permitido;
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la asíntota horizontal es el valor a largo plazo.
La concentración de un gas contaminante en una cámara de pruebas viene dada por la expresión $C(t) = \frac{5t}{t^2+4}$ partes por millón (ppm), con $t \geq 0$ medido en…
La concentración de un gas contaminante en una cámara de pruebas viene dada por la expresión $C(t) = \frac{5t}{t^2+4}$ partes por millón (ppm), con $t \geq 0$ medido en horas. Determina en qué instantes la concentración es nula, estudia el signo de $C(t)$ para interpretar su significado físico, y halla la asíntota horizontal indicando qué ocurre a largo plazo.
La cantidad de un medicamento presente en el torrente sanguíneo, en miligramos, tras $t$ horas de su administración oral se modeliza mediante la función…
La cantidad de un medicamento presente en el torrente sanguíneo, en miligramos, tras $t$ horas de su administración oral se modeliza mediante la función $M(t) = \frac{50t^2}{t^3+8}$. Estudie los puntos de corte con los ejes, el signo de la función para $t \geq 0$ y su comportamiento asintótico.
La eficiencia de un ciclo térmico modificado, en función de una relación de compresión $v > 1$, viene dada por el modelo $E(v) = \frac{v^2-3v+2}{v^2+v}$. Analice el…
La eficiencia de un ciclo térmico modificado, en función de una relación de compresión $v > 1$, viene dada por el modelo $E(v) = \frac{v^2-3v+2}{v^2+v}$. Analice el signo de la eficiencia para determinar en qué rango de $v$ el ciclo produce trabajo útil (es decir, cuando $E(v) > 0$) y halle la eficiencia límite teórica cuando $v \to +\infty$.
Resumen
Volvamos al food truck de Emma: $A(n)=\dfrac{3n+400}{n}=3+\dfrac{400}{n}$. El denominador es cero en $n=0$, así que hay una asíntota vertical allí. Si vende solo unas pocas comidas, el costo promedio por comida es enorme. Cuando $n$ crece, $\frac{400}{n}\to0$, así que la asíntota horizontal $y=3$ dice que su costo promedio se acerca a $\$3$ por comida y nunca baja de ahí.