Representación gráfica: función a trozos

Sea la siguiente función f(x):
| x3 – 2x2 + x -1 si x≤1
| (x+3)/(x-2) si x>1
Calcula:
a) Dominio y continuidad
b) Monotonía
c) Asíntotas
d) Representa gráficamente

Solución:

a) Se define dominio de una funcióno como los valores que puede tomar la variable independiente (x) para que exista la variable dependiente (y). Puesto que se trata de una función a trozos, detemos estudiar el dominio de cada trozo y ver si existe algún problema en su tramo de definición.

x3 – 2x2 + x -1 es un polinomio. No hay problemas en su dominio

(x+3)/(x-2) es una función racional, que tendrá problemas de dominio en los ceros del denominador: x-2=0; x=2. Este punto pertenece a su tramo de definición, que es (1, +∞), luego constituye un problema del dominio de la función total.

Dom f(x) = { x € R – x=2} = x € (-∞, 2) U (2, +∞)

El único punto conflictivo en el estudio de la continuidad será el punto de separación de los dos tramos de la función: x=1

Para que una función sea continua en un punto x=a se debe cumplir que:
1. Exista f(a)
2. Exista límite: Lim x→a- f(x) = Lim x→a+ f(x) = Lim x→a f(x)
3. f(a) =Lim x→a f(x)

Si no se cumple la 2ª condición, la función será discontinua inevitable en x=a.
Si no se cumple la 3ª condición, la función será discontinua evitable en x=a.

Vemos qué pasa en x=1.
* f(1) = (1)3 – 2(1)2 + 1 -1 = -1
* Lim x→1- f(x) = Lim x→1-x3 – 2x2 + x -1 = (1)3 – 2(1)2 + 1 -1 = -1
Lim x→1+ f(x) = Lim x→1+ (x+3)/(x-2) = (1+3)/(1-2) = 4/-1 = -4
-1 ≠ -4 –> no existe Lim x→1 f(x) –> La función f(x) es discontinua inevitable en x=1

La función f(x) es continua en todo su dominio salvo en x=1 donde presenta una discontinuidad inevitable.

b) Para estudiar la monotonía, tenemos que calcular la derivada de una función a trozos: f'(x) =
|3x2 -4x + 1 si x<1
|-5/(x-2)2 si x>1

(NOTA: no incluimos el 1, puesto que donde la función no es continua, tampoco va a ser derivable)

Calculamos los puntos que verifican que f'(x) = 0

3x2 -4x + 1=0; x=1 y x=1/3. Puesto que ambos puntos pertenecen al tramo en el que está definida nuestra función, serán  posibles extremos relativos.
Si estudiamos el signo:
(-∞, 1/3 ) f'(x) >0 –> f(x) Creciente
(1/3, 1) f'(x) >0 –> f(x) Decreciente
(x=1/3, f(1/3))=(1/3, -23/27) es un máximo relativo

Estudiamos ahora el otro tramo de la función:
f'(x) = 0 ; -5/(x-2)2 = 0 –> No es posible. No hay posibles extremos relativos
(1, +∞) f'(x) < 0 –> f(x) Decreciente

c) Solo puede haber asíntotas en el 2º tramo de la función, puesto que el primer tramo es un polinomio.

Asíntota horizontal: x-2=0; x=2

Asíntota vertical: y=Lim x→+∞ f(x) = Lim x→+∞ (x+3)/(x-2) = 1; y=1

d) Representación gráfica

Aparecen las gráficas de 3 funciones:
La línea verde (x=1) corresponde a la línea de separación de los dos tramos de la función.
A la derecha de la línea verde, deberemos quedarnos con la representación azul ( y=(x+3)/(x-2) )
A la izquierda de la línea verde, deberemos quedarnos con la representación roja ( y= x3 – 2x2 + x -1)

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