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2° CT · Matemática
Funciones · Límites y continuidad

Función de proporcionalidad inversa

Te conviene dominar: Funciones de proporcionalidad inversa: k/x (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))
Te conviene dominar: Fracciones algebraicas (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))

Alquilar un ómnibus para ir a Punta del Este cuesta $\$12.000$ y se reparte en partes iguales. Con $2$ personas, cada una paga $\$6.000$; con $100$, apenas $\$120$. Pero por más gente que se sume, nunca se paga $\$0$. Esa relación es la proporcionalidad inversa y su gráfica es una curva de dos ramas que nunca toca los ejes: la hipérbola. ¿Por qué nunca llega a cero? Lo vas a poder justificar con límites.

La función $f(x)=\dfrac{k}{x}$

Mové el deslizador de $k$ y observá cómo cambian las ramas: si $k>0$ están en el primer y tercer cuadrante; si $k<0$, en el segundo y cuarto.

Practica★☆☆Sin empezar
Sabiendo que la función $f(x) = \frac{k}{x}$ pasa por el punto $(2, 6)$, halla el valor de la constante $k$ y calcula $\lim_{x \to 0^+} f(x)$.

Sabiendo que la función $f(x) = \frac{k}{x}$ pasa por el punto $(2, 6)$, halla el valor de la constante $k$ y calcula $\lim_{x \to 0^+} f(x)$.

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Límites en el infinito y asíntotas

Cuando $x$ crece sin parar, $\dfrac{k}{x}$ se hace tan pequeño como quieras: se acerca a $0$ pero sin llegar a tocarlo. La recta $y=0$ es su asíntota horizontal.

Gráfica de la hipérbola f(x) = k/x con k mayor que cero: dos ramas en el primer y tercer cuadrante y asíntotas en los ejes x=0 e y=0. y = 0 x = 0 rama del primer cuadrante

Cerca de $x=0$ ocurre lo contrario: el cociente se dispara hacia $+\infty$ o $-\infty$ según el signo de $k$ y el lado por el que te acerques. La recta $x=0$ es su asíntota vertical.

Practica★☆☆Sin empezar
Calcula los límites de la función $g(x) = \frac{-5}{x}$ cuando $x \to +\infty$ y cuando $x \to -\infty$. Interpreta geométricamente el resultado.

Calcula los límites de la función $g(x) = \frac{-5}{x}$ cuando $x \to +\infty$ y cuando $x \to -\infty$. Interpreta geométricamente el resultado.

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Practica★☆☆Sin empezar
El tiempo $t$ (en horas) que se tarda en recorrer una distancia de $120$ km en función de la velocidad media $v$ (en km/h) viene dado por $t(v) = \frac{120}{v}$. Calcula…

El tiempo $t$ (en horas) que se tarda en recorrer una distancia de $120$ km en función de la velocidad media $v$ (en km/h) viene dado por $t(v) = \frac{120}{v}$. Calcula el límite de $t(v)$ cuando $v \to +\infty$ y explica su significado físico.

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Practica★★☆Sin empezar
Para organizar una excursión, el costo del alquiler del ómnibus es de $24\,000$ pesos, que se repartirá en partes iguales entre los asistentes. La función que define el…

Para organizar una excursión, el costo del alquiler del ómnibus es de $24\,000$ pesos, que se repartirá en partes iguales entre los asistentes. La función que define el costo por persona en función del número de asistentes $x$ es $C(x) = \frac{24\,000}{x}$.

Calculá $\lim_{x \to 0^+} C(x)$ y $\lim_{x \to +\infty} C(x)$. Interpretá ambos resultados en el contexto del problema.

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Practica★★☆Sin empezar
La intensidad de una señal acústica $I$ (en vatios por metro cuadrado) recibida por un micrófono disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia $d$ (en…

La intensidad de una señal acústica $I$ (en vatios por metro cuadrado) recibida por un micrófono disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia $d$ (en metros) al altavoz, siguiendo el modelo $I(d) = \frac{150}{d}$.

  1. a) Calcula $\lim_{d \to 0^+} I(d)$ y explica por qué no se puede colocar el micrófono pegado al altavoz.
  2. b) Calcula $\lim_{d \to +\infty} I(d)$ e interpreta el resultado.
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La función homográfica

Desplazar la hipérbola básica o sumarle una constante la traslada sin cambiar su forma. El resultado es una función homográfica, cuyas asíntotas ya no son necesariamente los ejes.

Pasar a una sola fracción

Para escribir una traslación en la forma $\dfrac{ax+b}{cx+d}$ se suman las fracciones con común denominador.

Para los puntos de corte: con el eje $Y$ se calcula $f(0)$; con el eje $X$ se iguala el numerador a cero.

Practica★☆☆Sin empezar
Dada la función de proporcionalidad inversa $f(x) = \frac{4}{x-3}$, determina su dominio y calcula los límites laterales cuando $x$ tiende a $3$.

Dada la función de proporcionalidad inversa $f(x) = \frac{4}{x-3}$, determina su dominio y calcula los límites laterales cuando $x$ tiende a $3$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Encuentra la ecuación de la asíntota horizontal y la asíntota vertical de la función homográfica $h(x) = \frac{2x+1}{x-4}$.

Encuentra la ecuación de la asíntota horizontal y la asíntota vertical de la función homográfica $h(x) = \frac{2x+1}{x-4}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Dada la función $f(x) = \frac{3x-1}{x+2}$: a) Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados. b) Halla las ecuaciones de sus asíntotas evaluando los límites…

Dada la función $f(x) = \frac{3x-1}{x+2}$:

  1. a) Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados.
  2. b) Halla las ecuaciones de sus asíntotas evaluando los límites correspondientes.
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Practica★★★Sin empezar
A partir de la función de proporcionalidad inversa básica $f(x) = \frac{1}{x}$, se aplica una traslación de $3$ unidades hacia la derecha y $2$ unidades hacia arriba…

A partir de la función de proporcionalidad inversa básica $f(x) = \frac{1}{x}$, se aplica una traslación de $3$ unidades hacia la derecha y $2$ unidades hacia arriba para obtener una nueva función $g(x)$.

  1. a) Escribe la expresión analítica de $g(x)$ en la forma $\frac{ax+b}{cx+d}$.
  2. b) Demuestra, mediante el cálculo de límites, que las asíntotas de $g(x)$ coinciden con los desplazamientos aplicados a los ejes coordenados.
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Signo de la función

Estudiar el signo es decidir en qué intervalos la gráfica está arriba ($f>0$) o abajo ($f<0$) del eje $X$. Los únicos puntos donde el signo puede cambiar son la raíz (numerador nulo) y la asíntota vertical (denominador nulo).

Para $f(x)=\dfrac{k}{x}$ no hay raíces: si $k>0$, $f>0$ en $(0, +\infty)$ y $f<0$ en $(-\infty, 0)$; si $k<0$ es al revés.

Practica★★☆Sin empezar
Dada la función $f(x) = \frac{3x-1}{x+2}$: a) Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados. b) Halla las ecuaciones de sus asíntotas evaluando los límites…

Dada la función $f(x) = \frac{3x-1}{x+2}$:

  1. a) Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados.
  2. b) Halla las ecuaciones de sus asíntotas evaluando los límites correspondientes.
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Modelos con proporcionalidad inversa

Muchos fenómenos siguen $\dfrac{k}{x}$ o una homográfica: gases (Boyle-Mariotte), sonido, tiempos de viaje, costos. El método es siempre el mismo: hallar la constante, calcular los límites en $0^+$ y en $+\infty$, e interpretar cada resultado en el contexto.

Sumas con un término lineal

Algunos modelos suman un término lineal a uno de proporcionalidad inversa. Se calcula el límite de cada sumando por separado: si ambos tienden a $+\infty$, la suma tiende a $+\infty$; si uno tiende a un número y el otro a $+\infty$, la suma tiende a $+\infty$.

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La ley de Boyle-Mariotte establece que, a temperatura constante, el volumen $V$ que ocupa un gas es inversamente proporcional a la presión $P$ a la que está sometido, es…

La ley de Boyle-Mariotte establece que, a temperatura constante, el volumen $V$ que ocupa un gas es inversamente proporcional a la presión $P$ a la que está sometido, es decir, $V(P) = \frac{k}{P}$. Si a una presión de $1,5$ atmósferas el gas ocupa un volumen de $4$ litros:

  1. a) Halla el valor de la constante $k$.
  2. b) Calcula $\lim_{P \to +\infty} V(P)$ y razona qué ocurre con el gas si la presión aumenta indefinidamente.
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Practica★★★Sin empezar
El costo $C$ (en miles de pesos) para eliminar el $p$ por ciento de los contaminantes de un lago se modeliza mediante la función $C(p) = \frac{4\,800p}{100-p}$, válida…

El costo $C$ (en miles de pesos) para eliminar el $p$ por ciento de los contaminantes de un lago se modeliza mediante la función $C(p) = \frac{4\,800p}{100-p}$, válida para $0 \le p < 100$.

  1. a) Calculá el costo de eliminar el $50\%$ y el $90\%$ de los contaminantes.
  2. b) Calculá $\lim_{p \to 100^-} C(p)$ y explicá, desde un punto de vista económico y ambiental, por qué es imposible eliminar el $100\%$ de los contaminantes.
p (%) C(p) 50 90 100 p = 100 4.800 43.200
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Practica★★★Sin empezar
En bioquímica, la cinética de Michaelis-Menten describe la velocidad de reacción enzimática $v$ en función de la concentración de sustrato $S$. La ecuación es…

En bioquímica, la cinética de Michaelis-Menten describe la velocidad de reacción enzimática $v$ en función de la concentración de sustrato $S$. La ecuación es $v(S) = \frac{V_{max} \cdot S}{K_m + S}$, donde $V_{max} = 100 \,\mu\text{mol/s}$ es la velocidad máxima y $K_m = 5 \text{ mM}$ es una constante.

  1. a) Calcula $\lim_{S \to +\infty} v(S)$ e indica qué representa $V_{max}$ gráficamente.
  2. b) Encuentra la concentración de sustrato $S$ necesaria para que la velocidad de la reacción sea exactamente la mitad de su límite asintótico máximo.
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Cuando la fracción se puede simplificar

No toda fracción con $x$ en el denominador es una proporcionalidad inversa «pura»: si el numerador comparte una raíz con el denominador, la fracción se simplifica y aparece una discontinuidad evitable en vez de una asíntota.

Gráfica de la recta y = x + 2 con un punto hueco en x = 2: discontinuidad evitable, sin asíntota vertical. x = 2 (no es asíntota) recta x + 2 con un punto hueco
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Determina el dominio y estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{x^2-4}{x-2}$. ¿Se trata de una función de proporcionalidad inversa pura? Justifica tu respuesta…

Determina el dominio y estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{x^2-4}{x-2}$. ¿Se trata de una función de proporcionalidad inversa pura? Justifica tu respuesta calculando el límite cuando $x \to 2$.

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Se quiere construir un rectángulo de área fija igual a $36 \text{ cm}^2$. Si llamamos $x$ a la longitud de la base, el perímetro del rectángulo en función de $x$ viene…

Se quiere construir un rectángulo de área fija igual a $36 \text{ cm}^2$. Si llamamos $x$ a la longitud de la base, el perímetro del rectángulo en función de $x$ viene dado por $P(x) = 2x + \frac{72}{x}$.

  1. a) Calcula $\lim_{x \to 0^+} P(x)$ y $\lim_{x \to +\infty} P(x)$.
  2. b) Interpreta geométricamente qué forma adquiere el rectángulo en cada uno de esos dos casos límite y por qué el perímetro tiende a infinito en ambas situaciones.
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Volvé al principio: el costo por persona del ómnibus es $C(x) = \dfrac{12.000}{x}$ pesos. Como $\displaystyle\lim_{x\to+\infty}\frac{12.000}{x}=0$ pero $y=0$ es una asíntota que la curva nunca toca, el viaje se abarata cuanta más gente vaya, pero jamás sale gratis.

Resumen

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