a) Determine el dominio de la función y estudie su monotonía y curvatura.La función f(x)=x+2x−3 es una función racional. El dominio está restringido por los valores de x que anulan el denominador.
x+2=0⟹x=−2 Por lo tanto, el dominio de la función es D(f)=R∖{−2}.
Monotonía
Para estudiar la monotonía, calculamos la primera derivada de f(x):
f′(x)=(x+2)21⋅(x+2)−(x−3)⋅1=(x+2)2x+2−x+3=(x+2)25 Como f′(x)=(x+2)25, y para x∈D(f), el numerador es 5>0 y el denominador (x+2)2>0, entonces f′(x)>0 para todo x∈D(f).La función f(x) es estrictamente creciente en todo su dominio, es decir, en los intervalos (−∞,−2) y (−2,+∞).
Curvatura
Para estudiar la curvatura, calculamos la segunda derivada de f(x):
f′′(x)=dxd(5(x+2)−2)=5⋅(−2)(x+2)−3⋅1=−10(x+2)−3=(x+2)3−10 No existen puntos de inflexión ya que f′′(x)=0 para ningún valor de x. Estudiamos el signo de f′′(x):* Si x<−2, por ejemplo x=−3: (x+2)3=(−1)3=−1. Entonces f′′(x)=−1−10=10>0. La función es convexa (cóncava hacia arriba) en (−∞,−2).* Si x>−2, por ejemplo x=0: (x+2)3=(2)3=8. Entonces f′′(x)=8−10<0. La función es cóncava (cóncava hacia abajo) en (−2,+∞).
b) Calcule las ecuaciones de las asíntotas de f si existen. Calcule los puntos de corte de la gráfica de f con los ejes de coordenadas.Asíntotas Verticales (AV)
Las asíntotas verticales se encuentran en los puntos donde el denominador es cero y el numerador no. En este caso, x=−2 es un punto candidato.
limx→−2−x+2x−3=−2+2−−2−3=0−−5=+∞ limx→−2+x+2x−3=−2+2+−2−3=0+−5=−∞ Por lo tanto, la recta x=−2 es una asíntota vertical.
Asíntotas Horizontales (AH)
Calculamos el límite de la función cuando x→±∞:
limx→±∞x+2x−3=limx→±∞x(1+2/x)x(1−3/x)=limx→±∞1+2/x1−3/x=1+01−0=1 Por lo tanto, la recta y=1 es una asíntota horizontal.
Asíntotas Oblicuas (AO)
Al existir asíntota horizontal, no existen asíntotas oblicuas.
Puntos de corte con los ejes
* Corte con el eje Y (cuando x=0):
f(0)=0+20−3=2−3 El punto de corte con el eje Y es (0,−3/2).* Corte con el eje X (cuando y=0):
x+2x−3=0⟹x−3=0⟹x=3 El punto de corte con el eje X es (3,0).
c) Represente la gráfica de la función f.Para representar la gráfica de la función, utilizamos la información obtenida en los apartados anteriores:* Dominio: D(f)=R∖{−2}.* Asíntota Vertical: x=−2.* Asíntota Horizontal: y=1.* Puntos de corte: Con el eje Y en (0,−3/2) y con el eje X en (3,0).* Monotonía: Siempre creciente en su dominio.* Curvatura: Convexa en (−∞,−2) y cóncava en (−2,+∞).La gráfica se aproxima a la asíntota vertical x=−2 tendiendo a +∞ por la izquierda y a −∞ por la derecha. Se aproxima a la asíntota horizontal y=1 cuando x→±∞. Pasa por los puntos (0,−1.5) y (3,0), y es siempre creciente. La forma general de la gráfica es una hipérbola con sus ramas en los cuadrantes superior izquierdo y inferior derecho respecto al nuevo origen de coordenadas (−2,1) formado por las asíntotas.