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Funciones · Límites y continuidad

Intersecciones, signo y asíntotas de las funciones racionales

Te conviene dominar: Fracciones algebraicas (Álgebra 1)

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 $f(x)=0$.

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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 $f(x) = \frac{2x-6}{x+4}$.

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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.

Recta numérica dividida en tres intervalos por los valores críticos -1 y 4, con signos positivo, negativo y positivo. −1 4 + − + x < −1f > 0 −1 < x < 4f < 0 x > 4f > 0

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.

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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.

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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.

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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.

Una curva con una recta vertical discontinua x = a: la rama izquierda baja y la rama derecha sube a lo largo de la recta. x = a f(x) → −∞ si x → a⁻ f(x) → +∞ si x → a⁺
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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 $f(x) = \frac{x+7}{x^2-9}$.

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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.

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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.

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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 $x \to -\infty$.

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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 $f(x) = \frac{5x+1}{2x-4}$.

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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).

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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).

Dos paneles: a la izquierda una curva que se acerca a una recta horizontal discontinua y = L, a la derecha una curva que se acerca a una recta inclinada discontinua y = mx + b. Horizontal y = L Oblicua y = mx + b
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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 $f(x) = \frac{x^2-5x+6}{x-1}$.

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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.

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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 $x \to -\infty$.

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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.

Gráfica de una función racional con asíntota vertical x = 2, asíntota horizontal y = 3 e intersección con el eje y en (0, 1). La rama izquierda queda debajo de y = 3 y baja a lo largo de x = 2. La rama derecha queda arriba de y = 3 y baja desde arriba a lo largo de x = 2. x = 2 y = 3 (0, 1)
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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.

X Y 1 2 1
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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 $f(x) = \frac{ax+b}{cx+d}$.

X Y −1 2
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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 $c$.

X Y 2
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Cómo encontrar parámetros

Muchos problemas te dan el comportamiento de una función y piden coeficientes desconocidos. Traduce cada dato a una ecuación:

  • una asíntota vertical en $x=x_0$ significa que el denominador es $0$ en $x_0$ (y el numerador no);

  • una asíntota horizontal $y=L$ significa que el cociente de los coeficientes principales es $L$;

  • una asíntota oblicua $y=mx+b$ significa que el cociente de la división es $mx+b$;

  • cruzar el eje $x$ en $x_0$ significa que el numerador es $0$ en $x_0$.

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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 $y = 4$.

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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 $x = 1$.

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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 $x = 2$.

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Análisis completo

Ahora combina todo. Una buena rutina es:

  1. Factoriza el numerador y el denominador y cancela los factores comunes (anota los huecos).

  2. Encuentra las intersecciones.

  3. Haz una tabla de signos.

  4. Encuentra las asíntotas verticales y luego las horizontales u oblicuas.

  5. Si te lo piden, compara la curva con la asíntota usando $f(x)-(\text{asíntota})$.

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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.

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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.

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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.

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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:

  • la intersección con el eje $y$ (en $t=0$) es el valor inicial;

  • un cero de la función indica cuándo la cantidad se anula;

  • el signo dice si la cantidad es positiva, negativa, crece o disminuye dentro del dominio permitido;

  • la asíntota horizontal es el valor a largo plazo.

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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.

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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.

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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 $v \to +\infty$.

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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.

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