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Asíntotas y monotonía
Problema
2021 · Ordinaria · Suplente
2
Examen

Sea f:R→Rf : \mathbb{R} \to \mathbb{R} la función definida por f(x)=e2x−1e2x+1f(x) = \frac{e^{2x} - 1}{e^{2x} + 1}.

a) Estudia y halla las asíntotas de la gráfica de ff.b) Determina los intervalos de crecimiento y de decrecimiento de ff.
AsíntotasMonotoníaDerivadas
a) Estudio y cálculo de las asíntotas de la gráfica de ff.

Asíntotas verticales:Las asíntotas verticales se encuentran en los puntos donde el denominador de la función se anula y la función tiende a infinito. En este caso, el denominador es e2x+1e^{2x} + 1.

e2x+1=0  ⟹  e2x=−1e^{2x} + 1 = 0 \implies e^{2x} = -1

Dado que e2x>0e^{2x} > 0 para todo x∈Rx \in \mathbb{R}, la ecuación e2x=−1e^{2x} = -1 no tiene solución real. Por lo tanto, no existen asíntotas verticales.Asíntotas horizontales:Se calculan los límites de la función cuando x→∞x \to \infty y cuando x→−∞x \to -\infty.

lim⁡x→∞f(x)=lim⁡x→∞e2x−1e2x+1\lim_{x \to \infty} f(x) = \lim_{x \to \infty} \frac{e^{2x} - 1}{e^{2x} + 1}

Dividimos el numerador y el denominador por e2xe^{2x}:

lim⁡x→∞e2xe2x−1e2xe2xe2x+1e2x=lim⁡x→∞1−e−2x1+e−2x\lim_{x \to \infty} \frac{\frac{e^{2x}}{e^{2x}} - \frac{1}{e^{2x}}}{\frac{e^{2x}}{e^{2x}} + \frac{1}{e^{2x}}} = \lim_{x \to \infty} \frac{1 - e^{-2x}}{1 + e^{-2x}}

Como e−2x→0e^{-2x} \to 0 cuando x→∞x \to \infty:

lim⁡x→∞1−01+0=1\lim_{x \to \infty} \frac{1 - 0}{1 + 0} = 1

Así, y=1y = 1 es una asíntota horizontal cuando x→∞x \to \infty.

lim⁡x→−∞f(x)=lim⁡x→−∞e2x−1e2x+1\lim_{x \to -\infty} f(x) = \lim_{x \to -\infty} \frac{e^{2x} - 1}{e^{2x} + 1}

Como e2x→0e^{2x} \to 0 cuando x→−∞x \to -\infty:

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

Así, y=−1y = -1 es una asíntota horizontal cuando x→−∞x \to -\infty.

b) Determinación de los intervalos de crecimiento y de decrecimiento de ff.

Para determinar los intervalos de crecimiento y decrecimiento, calculamos la primera derivada de f(x)f(x).

f′(x)=(2e2x)(e2x+1)−(e2x−1)(2e2x)(e2x+1)2f'(x) = \frac{(2e^{2x})(e^{2x} + 1) - (e^{2x} - 1)(2e^{2x})}{(e^{2x} + 1)^2}

Sacamos factor común 2e2x2e^{2x} en el numerador:

f′(x)=2e2x[(e2x+1)−(e2x−1)](e2x+1)2f'(x) = \frac{2e^{2x}[(e^{2x} + 1) - (e^{2x} - 1)]}{(e^{2x} + 1)^2}
f′(x)=2e2x[e2x+1−e2x+1](e2x+1)2f'(x) = \frac{2e^{2x}[e^{2x} + 1 - e^{2x} + 1]}{(e^{2x} + 1)^2}
f′(x)=2e2x(2)(e2x+1)2f'(x) = \frac{2e^{2x}(2)}{(e^{2x} + 1)^2}
f′(x)=4e2x(e2x+1)2f'(x) = \frac{4e^{2x}}{(e^{2x} + 1)^2}

Para analizar el signo de f′(x)f'(x):El numerador 4e2x4e^{2x} siempre es positivo para todo x∈Rx \in \mathbb{R}.El denominador (e2x+1)2(e^{2x} + 1)^2 también siempre es positivo para todo x∈Rx \in \mathbb{R} (es un término al cuadrado y la base e2x+1e^{2x} + 1 es siempre positiva).Por lo tanto, f′(x)>0f'(x) > 0 para todo x∈Rx \in \mathbb{R}.Esto significa que la función f(x)f(x) es estrictamente creciente en todo su dominio.Intervalos de crecimiento: (−∞,∞)(-\infty, \infty).Intervalos de decrecimiento: No tiene.