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Estudio de funciones racionales
Problema
2024 · Extraordinaria · Titular
3
Examen

Dada la función

f(x)=2x62xf(x) = \frac{2x - 6}{2 - x}
a) Estudie la continuidad y derivabilidad de dicha función. Calcule sus asíntotas.b) Estudie los intervalos de crecimiento y decrecimiento, así como la existencia de extremos relativos.c) Halle los puntos de corte con los ejes de coordenadas y represente gráficamente la función.
FuncionesContinuidadDerivabilidad+3
a) Estudie la continuidad y derivabilidad de dicha función. Calcule sus asíntotas.
Continuidad y Derivabilidad

La función dada es f(x)=2x62xf(x) = \frac{2x - 6}{2 - x}. Es una función racional. El dominio de una función racional son todos los números reales excepto aquellos valores que anulan el denominador.

2x=0    x=22 - x = 0 \implies x = 2

Por lo tanto, el dominio de la función es Df=R{2}D_f = \mathbb{R} \setminus \{2\}. Una función racional es continua y derivable en todo su dominio.Continuidad: La función f(x)f(x) es continua en (,2)(2,)(-\infty, 2) \cup (2, \infty).Derivabilidad: La función f(x)f(x) es derivable en (,2)(2,)(-\infty, 2) \cup (2, \infty).Para estudiar la derivabilidad, calculamos la primera derivada de f(x)f(x) usando la regla del cociente:

f(x)=(2x6)(2x)(2x6)(2x)(2x)2f'(x) = \frac{(2x - 6)'(2 - x) - (2x - 6)(2 - x)'}{(2 - x)^2} \\
f(x)=2(2x)(2x6)(1)(2x)2f'(x) = \frac{2(2 - x) - (2x - 6)(-1)}{(2 - x)^2} \\
f(x)=42x+2x6(2x)2f'(x) = \frac{4 - 2x + 2x - 6}{(2 - x)^2} \\
f(x)=2(2x)2f'(x) = \frac{-2}{(2 - x)^2}
Cálculo de Asíntotas

Asíntotas Verticales (AV): Ocurren en los puntos donde el denominador es cero y el numerador no lo es.

limx2f(x)=limx22x62x\lim_{x \to 2} f(x) = \lim_{x \to 2} \frac{2x - 6}{2 - x}

Cuando x2x \to 2, el numerador tiende a 2(2)6=22(2) - 6 = -2, y el denominador tiende a 00. Esto indica una asíntota vertical en x=2x = 2.

limx22x62x=20+=\lim_{x \to 2^-} \frac{2x - 6}{2 - x} = \frac{-2}{0^+} = -\infty \\
limx2+2x62x=20=+\lim_{x \to 2^+} \frac{2x - 6}{2 - x} = \frac{-2}{0^-} = +\infty

Asíntota Vertical: x=2x = 2.Asíntotas Horizontales (AH): Se calculan los límites de la función cuando x±x \to \pm \infty.

limx±2x62x=limx±2x/x6/x2/xx/x=limx±26/x2/x1=2001=2\lim_{x \to \pm \infty} \frac{2x - 6}{2 - x} = \lim_{x \to \pm \infty} \frac{2x/x - 6/x}{2/x - x/x} = \lim_{x \to \pm \infty} \frac{2 - 6/x}{2/x - 1} = \frac{2 - 0}{0 - 1} = -2

Asíntota Horizontal: y=2y = -2.Asíntotas Oblicuas (AO): Al existir asíntota horizontal, no existen asíntotas oblicuas.

b) Estudie los intervalos de crecimiento y decrecimiento, así como la existencia de extremos relativos.

Para estudiar los intervalos de crecimiento y decrecimiento, analizamos el signo de la primera derivada f(x)=2(2x)2f'(x) = \frac{-2}{(2 - x)^2}.El denominador (2x)2(2 - x)^2 es siempre positivo para cualquier x2x \neq 2. El numerador es 2-2, que es siempre negativo.Por lo tanto, f(x)=negativopositivo=negativof'(x) = \frac{\text{negativo}}{\text{positivo}} = \text{negativo} para todo xDfx \in D_f.Esto significa que f(x)<0f'(x) < 0 para x(,2)(2,)x \in (-\infty, 2) \cup (2, \infty).Intervalos de crecimiento: La función no crece en ningún intervalo.Intervalos de decrecimiento: La función es decreciente en (,2)(-\infty, 2) y en (2,)(2, \infty).Extremos Relativos: Para que existan extremos relativos, f(x)f'(x) debería cambiar de signo o ser igual a cero. Dado que f(x)f'(x) es siempre negativa y nunca se anula en su dominio, la función no tiene máximos ni mínimos relativos.

c) Halle los puntos de corte con los ejes de coordenadas y represente gráficamente la función.
Puntos de Corte con los Ejes

Corte con el eje OX (haciendo y=0y = 0):

2x62x=0    2x6=0    2x=6    x=3\frac{2x - 6}{2 - x} = 0 \implies 2x - 6 = 0 \implies 2x = 6 \implies x = 3

El punto de corte con el eje OX es (3,0)(3, 0).Corte con el eje OY (haciendo x=0x = 0):

f(0)=2(0)620=62=3f(0) = \frac{2(0) - 6}{2 - 0} = \frac{-6}{2} = -3

El punto de corte con el eje OY es (0,3)(0, -3).

Representación Gráfica

Para representar gráficamente la función, se tienen en cuenta los siguientes elementos:- Asíntota Vertical: x=2x = 2 - Asíntota Horizontal: y=2y = -2 - Puntos de corte: (3,0)(3, 0) y (0,3)(0, -3) - La función es siempre decreciente en su dominio.Con esta información, podemos esbozar la gráfica. La función se aproxima a la asíntota vertical x=2x=2 tendiendo a -\infty por la izquierda y a ++\infty por la derecha. Se aproxima a la asíntota horizontal y=2y=-2 tanto para xx \to -\infty como para x+x \to +\infty. Pasa por los puntos (0,3)(0, -3) y (3,0)(3, 0) y es continuamente decreciente.