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Análisis de funciones
Problema
2023 · Extraordinaria · Reserva
2A
Examen

Considera la función f(x)=x2+axbf(x) = \frac{x^2 + a}{x - b}, para xbx \neq b.

a) Calcula aa y bb para que la gráfica de ff pase por el punto (1,2)(1, -2) y tenga a la recta y=x+4y = x + 4 como asíntota oblicua.b) En el caso a=5a = 5 y b=4b = 4, calcula la ecuación de la recta normal a la gráfica de ff que pasa por el punto de abscisa x=0x = 0.
AsíntotasRecta normalDerivadas
a) Calcula aa y bb para que la gráfica de ff pase por el punto (1,2)(1, -2) y tenga a la recta y=x+4y = x + 4 como asíntota oblicua.

Si la gráfica de la función f(x)=racx2+axbf(x) = rac{x^2 + a}{x - b} pasa por el punto (1,2)(1, -2), se debe cumplir que f(1)=2f(1) = -2:

\frac{1^2 + a}{1 - b} = -2 \implies 1 + a = -2(1 - b) \implies 1 + a = -2 + 2b \implies a - 2b = -3

Para que la recta y=x+4y = x + 4 sea una asíntota oblicua, los parámetros mm (pendiente) y nn (ordenada en el origen) deben coincidir con los límites correspondientes. El valor de mm es:

m=limxf(x)x=limxx2+ax2bx=1m = \lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{x} = \lim_{x \to \infty} \frac{x^2 + a}{x^2 - bx} = 1

Este resultado es coherente con la pendiente de la recta dada (m=1m = 1). El valor de nn se calcula como:

n=limx(f(x)mx)=limx(x2+axbx)=limxx2+ax2+bxxb=limxbx+axb=bn = \lim_{x \to \infty} (f(x) - mx) = \lim_{x \to \infty} \left( \frac{x^2 + a}{x - b} - x \right) = \lim_{x \to \infty} \frac{x^2 + a - x^2 + bx}{x - b} = \lim_{x \to \infty} \frac{bx + a}{x - b} = b

Dado que la asíntota es y=x+4y = x + 4, entonces n=4n = 4, lo que implica que b=4b = 4. Sustituyendo este valor en la primera ecuación obtenida:

a2(4)=3    a8=3    a=5a - 2(4) = -3 \implies a - 8 = -3 \implies a = 5

Por lo tanto, los valores buscados son a=5a = 5 y b=4b = 4.

b) En el caso a=5a = 5 y b=4b = 4, calcula la ecuación de la recta normal a la gráfica de ff que pasa por el punto de abscisa x=0x = 0.

Con a=5a = 5 y b=4b = 4, la función es f(x)=x2+5x4f(x) = \frac{x^2 + 5}{x - 4}. La ecuación de la recta normal en x=0x = 0 es:

yf(0)=1f(0)(x0)y - f(0) = -\frac{1}{f'(0)}(x - 0)

Calculamos primero el valor de la función en x=0x = 0: f(0)=02+504=54f(0) = \frac{0^2 + 5}{0 - 4} = -\frac{5}{4}.Calculamos ahora la función derivada f(x)f'(x) mediante la regla del cociente:

f(x)=2x(x4)(x2+5)(x4)2=2x28xx25(x4)2=x28x5(x4)2f'(x) = \frac{2x(x - 4) - (x^2 + 5)}{(x - 4)^2} = \frac{2x^2 - 8x - x^2 - 5}{(x - 4)^2} = \frac{x^2 - 8x - 5}{(x - 4)^2}

Evaluamos la derivada en x=0x = 0 para hallar la pendiente de la recta tangente: f(0)=028(0)5(04)2=516f'(0) = \frac{0^2 - 8(0) - 5}{(0 - 4)^2} = -\frac{5}{16}.La pendiente de la recta normal es mn=1f(0)=165m_n = -\frac{1}{f'(0)} = \frac{16}{5}. Sustituimos los valores en la ecuación de la recta:

y(54)=165(x0)    y+54=165xy - \left( -\frac{5}{4} \right) = \frac{16}{5}(x - 0) \implies y + \frac{5}{4} = \frac{16}{5}x

La ecuación de la recta normal es y=165x54y = \frac{16}{5}x - \frac{5}{4}.