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Asíntotas
Problema
2024 · Extraordinaria · Reserva
2
Examen

Considera la función definida por:

f(x)=ax3+x−1x2+bx−3, para x2+bx−3≠0f(x) = \frac{ax^3 + x - 1}{x^2 + bx - 3}, \text{ para } x^2 + bx - 3 \neq 0
a) Calcula aa y bb para que y=x−2y = x - 2 sea una asíntota oblicua de la gráfica de ff.b) Estudia y halla las asíntotas verticales de la gráfica de ff cuando a=0a = 0 y b=2b = 2.
AsíntotasLímitesParámetros
a) Calcula aa y bb para que y=x−2y = x - 2 sea una asíntota oblicua de la gráfica de ff.

Una función f(x)f(x) tiene una asíntota oblicua de la forma y=mx+ny = mx + n si los límites de mm y nn existen y son finitos. En este caso, nos dan la recta y=x−2y = x - 2, por lo que m=1m = 1 y n=−2n = -2.Calculamos mm mediante el límite:

m=lim⁡x→∞f(x)x=lim⁡x→∞ax3+x−1x(x2+bx−3)=lim⁡x→∞ax3+x−1x3+bx2−3xm = \lim_{x \to \infty} \frac{f(x)}{x} = \lim_{x \to \infty} \frac{ax^3 + x - 1}{x(x^2 + bx - 3)} = \lim_{x \to \infty} \frac{ax^3 + x - 1}{x^3 + bx^2 - 3x}

Al ser un límite de un cociente de polinomios del mismo grado (33), el resultado es el cociente de los coeficientes principales: m=am = a. Como m=1m = 1, deducimos que a=1a = 1.A continuación, calculamos nn para a=1a = 1:

n=lim⁡x→∞[f(x)−mx]=lim⁡x→∞[x3+x−1x2+bx−3−x]n = \lim_{x \to \infty} [f(x) - mx] = \lim_{x \to \infty} \left[ \frac{x^3 + x - 1}{x^2 + bx - 3} - x \right]

Operamos para obtener una única fracción:

n=lim⁡x→∞x3+x−1−x(x2+bx−3)x2+bx−3=lim⁡x→∞x3+x−1−x3−bx2+3xx2+bx−3=lim⁡x→∞−bx2+4x−1x2+bx−3n = \lim_{x \to \infty} \frac{x^3 + x - 1 - x(x^2 + bx - 3)}{x^2 + bx - 3} = \lim_{x \to \infty} \frac{x^3 + x - 1 - x^3 - bx^2 + 3x}{x^2 + bx - 3} = \lim_{x \to \infty} \frac{-bx^2 + 4x - 1}{x^2 + bx - 3}

El límite es el cociente de los coeficientes de x2x^2, por lo tanto n=−bn = -b. Como sabemos que n=−2n = -2, tenemos que −b=−2-b = -2, de donde b=2b = 2.

b) Estudia y halla las asíntotas verticales de la gráfica de ff cuando a=0a = 0 y b=2b = 2.

Sustituimos los valores a=0a = 0 y b=2b = 2 en la función original:

f(x)=0x3+x−1x2+2x−3=x−1x2+2x−3f(x) = \frac{0x^3 + x - 1}{x^2 + 2x - 3} = \frac{x - 1}{x^2 + 2x - 3}

Las asíntotas verticales se encuentran en los valores de xx que anulan el denominador. Resolvemos x2+2x−3=0x^2 + 2x - 3 = 0:

x=−2±22−4⋅1⋅(−3)2⋅1=−2±162=−2±42  ⟹  x1=1,x2=−3x = \frac{-2 \pm \sqrt{2^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-3)}}{2 \cdot 1} = \frac{-2 \pm \sqrt{16}}{2} = \frac{-2 \pm 4}{2} \implies x_1 = 1, x_2 = -3

Estudiamos el límite en x=1x = 1:

lim⁡x→1x−1x2+2x−3=00 (Indeterminacioˊn)\lim_{x \to 1} \frac{x - 1}{x^2 + 2x - 3} = \frac{0}{0} \text{ (Indeterminación)}

Factorizamos el denominador como (x−1)(x+3)(x - 1)(x + 3) para resolver la indeterminación:

lim⁡x→1x−1(x−1)(x+3)=lim⁡x→11x+3=14\lim_{x \to 1} \frac{x - 1}{(x - 1)(x + 3)} = \lim_{x \to 1} \frac{1}{x + 3} = \frac{1}{4}

Como el límite es finito, en x=1x = 1 no hay una asíntota vertical (hay una discontinuidad evitable).Estudiamos el límite en x=−3x = -3:

lim⁡x→−3x−1(x−1)(x+3)=lim⁡x→−31x+3=10=∞\lim_{x \to -3} \frac{x - 1}{(x - 1)(x + 3)} = \lim_{x \to -3} \frac{1}{x + 3} = \frac{1}{0} = \infty

Calculamos los límites laterales para determinar el comportamiento:

lim⁡x→−3−1x+3=−∞,lim⁡x→−3+1x+3=+∞\lim_{x \to -3^-} \frac{1}{x + 3} = -\infty, \quad \lim_{x \to -3^+} \frac{1}{x + 3} = +\infty

Por lo tanto, la función tiene una única asíntota vertical en la recta x=−3x = -3.