a) Calcule los valores a y b para que la función sea continua y derivable en su dominio.b) Para a=2 y b=−2, estudie la monotonía de la función f y calcule sus extremos relativos.c) Para a=2 y b=−2, determine las ecuaciones de las asíntotas de f, si existen.
ContinuidadDerivabilidadMonotonía+1
Resolución de la función definida a trozos
a) Calcule los valores a y b para que la función sea continua y derivable en su dominio.
Para que la función sea continua en su dominio, dado que cada trozo es continuo en sus respectivos intervalos de definición (el primer trozo solo presenta una discontinuidad en x=1, que no pertenece al intervalo x<0), solo debemos asegurar la continuidad en el punto de unión x=0.
Igualando los límites laterales para que exista el límite y la función sea continua: 2−a=a+b⇒2a+b=2.Para que sea derivable, calculamos la derivada de la función en cada tramo y forzamos la igualdad de las derivadas laterales en x=0:
f′(x)={(x−1)2−abexsi x<0si x>0
{f′(0−)=limx→0−(x−1)2−a=−af′(0+)=limx→0+bex=b
Igualando las derivadas laterales: −a=b. Sustituimos esta relación en la ecuación de la continuidad:
2a + (-a) = 2 \Rightarrow a = 2
Sustituyendo el valor de a en b=−a, obtenemos b=−2.
b) Para a=2 y b=−2, estudie la monotonía de la función f y calcule sus extremos relativos.
Sustituyendo los valores, la función y su derivada son:
f′(x)={(x−1)2−2−2exsi x<0si x≥0
Analizamos el signo de la derivada en cada tramo:Para x<0, f′(x)=(x−1)2−2. Como (x−1)2 siempre es positivo, la fracción es siempre negativa. Por tanto, f es estrictamente decreciente en (−∞,0).Para x≥0, f′(x)=−2ex. Como ex es siempre positivo, el producto −2ex es siempre negativo. Por tanto, f es estrictamente decreciente en [0,∞).Dado que la función es continua y la derivada es negativa en todo el dominio (f′(0)=−2), la función es estrictamente decreciente en todo R y no presenta extremos relativos (máximos o mínimos).
c) Para a=2 y b=−2, determine las ecuaciones de las asíntotas de f, si existen.
1. Asíntotas Verticales: El único punto donde la función podría tener una asíntota vertical es x=1 (donde se anula el denominador del primer tramo), pero ese punto no pertenece al dominio de definición de dicho tramo (x<0). Por tanto, no existen asíntotas verticales.2. Asíntotas Horizontales: Calculamos los límites en el infinito.
limx→−∞f(x)=limx→−∞(2+x−12)=2+0=2
Existe una asíntota horizontal y=2 cuando x→−∞.
limx→+∞f(x)=limx→+∞(2−2ex)=2−∞=−∞
No existe asíntota horizontal cuando x→+∞.3. Asíntotas Oblicuas: Analizamos la rama hacia +∞.