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Unidad de Aprendizaje N° 1: Límite y continuidad de funciones de una variable real. Aprendizajes Esperados Resuelve problemas de límites y comportamiento gráfico a partir de la teoría de límites y el empleo de sus teoremas, integrando diversas variables, a través de soluciones de ejercicios y problemas. Guía N°1 de trabajo en Aula Tema: Límite de funciones de una variable real. Docente: Luis Orellana Objetivo: • Calcula límites, aplicando teoremas y propiedades que permitan salvar las indeterminaciones. • Interpreta gráficamente el cálculo algebraico de una función en un punto. • Asocia asíntotas verticales, horizontales y oblicuas , de funciones en forma analítica y comprueba su respuesta dibujando la curva y sus asíntotas. • Determina continuidad de una función en un punto y/o en un intervalo Material específico Calculadora; Software Graficador ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 2 Límites de funciones: NOCIÓN INTUITIVA DE LÍMITE. Situación 1. Considera un resorte colgado por uno de sus extremos en una barra y con un peso p en el otro extremo. Se sabe que el resorte se rompe si el peso p es igual o mayor que 5 kilos. Supongamos que deseamos determinar la longitud máxima l que se estira el resorte sin romperse. Para resolver esta cuestión realizaremos el experimento de cambiar el peso p colocado en el extremo libre del resorte de manera creciente y medir la longitud l que se estira con cada peso, como se observa en la figura. Cuando el peso colocado en el resorte se acerca a los 5 kilos, tendremos que colocar pesos cada vez más pequeños para no llegar al máximo de los 5 kilos y que no se rompa el resorte. Registrando las longitudes sucesivas del resorte, debemos de poder determinar la longitud máxima L a la cual se aproxima l cuando el peso p se aproxima a su valor máximo de 5 kilos. Simbólicamente escribimos: l → L, cuando p → 5 Situación 2. Considera la función 2 1f x x , ¿Qué ocurre con f x cuando x se acerca a 3? Recuerda: Acercarse a un valor, esto se hace desde la izquierda y desde derecha, es decir: Desde la izquierda desde la derecha ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 3 Si los valores que toma la variable “x”, se acercan a 3 por la derecha, se observa que los valores de “f(x)” se acercan a 7. Del mismo modo si “x” se acerca a 3 por la izquierda, los valores de “f(x)” se acercan también a 7. La respuesta a la pregunta es: f(x) se acerca a 7 cuando x se acerca a 3. Esto se expresa diciendo que el límite de f(x) es 7 cuando x se acerca a 3 Lo anterior se refuerza con la siguiente tabla de valores para la función 2 1f x x Situación 3 Se tiene la función 2 3 2 2 x x f x x ¿A qué valor se aproxima f x : a) cuando x e acerca a 3 (completa las tablas, usa calculadora) X se acerca a 3 desde la izquierda X 2,80 2,88 2,91 2,92 2.93 2,94 2,95 2,98 2,99 f(x) X se acerca a 3 desde la derecha X 3,01 3,02 3,03 3,04 3.05 3,06 3,07 3,08 3,1 f(x) X 0 1 2 2,5 2,6 2,8 2,9 2,95 2,99 f(x) 1 3 5 6 6,2 6,6 6,8 6,9 6,98 X se acerca a 3 desde la izquierda X 3,01 3,05 3,1 3,2 3,4 3,8 4 5 6 f(x) 7,02 7,1 7,2 7,4 7,8 8,6 9 11 13 X se acerca a 3 desde la derecha ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 4 Podemos observar que f(x) se aproxima a 2 desde la izquierda y desde la derecha, lo que se expresa diciendo que el límite de f(x) es 2 cuando x se acerca a 3. Sin embargo este resultado se puede obtener reemplazando directamente en la función el valor al cual se acerca x, es decir, para x=3 tenemos 2 2 3 2 2 3 3 3 2 2 3 2 3 2 1 x x f x x f ( ) b) Cuando x se acerca a 2 (completa las tablas, usa calculadora) X se acerca a 2 desde la izquierda X 1,8 1,81 1,85 1,87 1,89 1,93 1,95 1,97 1,99 f(x) X se acerca a 2 desde la derecha X 2,01 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,1 f(x) Podemos observar que f(x) se aproxima a 1 desde la izquierda y desde la derecha, lo que se expresa diciendo: que el límite de f(x) es 1 cuando x se acerca a 2 Lo anterior se puede expresar diciendo: “El límite de la función f(x) es 1 cuando x tiende a 2”. También podemos escribir 1 x 2f ( x ) ,cuando (Se lee: f(x) tiende a 1 cuando x tiende a 2). 2 1 x lim f ( x ) (esto se lee: “El límite cuando x tiende a 2 de f(x) es 1) ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 5 Pero si queremos reemplazar el valor de x directamente en la función (como el caso anterior), esto no es posible, no podemos obtener un valor para f(x) cuando x = 2, la función no está definida para el valor 2, observa: 2 23 2 2 3 2 2 0 2 2 2 2 2 0 x x f x f ( ) f ( ) x El resultado 0 0 se conoce como indeterminado, para salvar la indeterminación en expresiones racionales aplicaremos teoremas de límites de funciones junto con algebra básica. Recuerda los siguientes teoremas: 1) 0x x Si lim f ( x ) , entonces es único 2) 0 0 0, x x lim x x x 3) 0 0, x x lim k k k , x 4) 0 0 0 x x x x lim k f ( x ) k lim f ( x ) con k 5) 0 0 0x x x x x x lim f ( x ) g( x ) lim f ( x ) lim g( x ) siempre y cuando no aparezca la indeterminación - 6) 0 0 0x x x x x x lim f ( x ) g( x ) lim f ( x ) lim g( x ) siempre y cuando no aparezca la indeterminación 0 7) 0 0 0 x x x x x x lim f ( x ) f ( x ) lim g( x ) lim g( x ) siempre y cuando no aparezca la indeterminación 0 o 0 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 6 8) 0 0 n n x x x x lim f ( x ) lim f ( x ) con n 0 siempre y cuando tenga sentido las potencias que aparecen 9) n n x a x a lim f ( x ) lim f ( x ) siempre y cuando tenga sentido las potencias que aparecen 10) x x 0 0 0 lim g( x ) g( x ) x x x x lim f ( x ) lim f ( x ) siempre y cuando tenga sentido las potencias que aparecen y no nos encontremos con indeterminaciones de los tipos 0 0, 0 o 1 11) 0 0x x x x lim f ( x ) lim f ( x ) Límites de las funciones trigonométricas y sus inversas. Si y = f(x) representa a una función trigonométrica o a una función trigonométrica inversa, con las restricciones adecuadas se verifica: 0 0 x x lim f ( x ) f ( x ) Recuerde que el dominio de las funciones senx y cos x es todo , el dominio de tanx y secx es n / n 2 el dominio de cot x y csc x es n / n A partir de las gráficas de las funciones trigonométricas podemos deducir que ellas son continuas en todo su dominio, de manera que si x0 pertenece al dominio de la función correspondiente, entonces se tiene: 0 0 x x lim senx sen x 0 0 x x lim cosx cos x 0 0 x x lim tanx tan x 0 0 x x lim cotx cot x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 7 0 0 x x lim secx sec x 0 0 x x lim cscx csc x Por otra parte, si x0 no pertenece al dominio de la función entonces el límite no existe. Como una aplicación de lo anterior tenemos, por ejemplo, que 0 x lim sen x sen 4 2 4x lim cos x cos 3 3 3x lim tan x tan 6 3 6x lim cot x cot 4 2 4x lim s ec x sec 3 2 3 1 2x lim csc x csc Por otra parte, 2 x lim tan x no existe (vea la gráfica de y = tan x) pero sí podemos decir que 2 2 x x lim tan x y lim tan x También tenemos que: x x lim csc x y lim csc x Teorema: 0 1 x sen x lim x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 8 Límites de las funciones logarítmicas y exponenciales. Función logarítmica y su inversa La función logarítmica, nació del estudio de la relación entre las progresiones aritmética y geométrica, durante el siglo XVII fue analizada a partir de la serie obtenida por la integración de: 1 1 x John Wallis, Isaac Newton, Gottfried Leibniz y Jean Bernoulli mostraron que la función logarítmica es la inversa de la función exponencial. Ya en el año de 1742 el matemático William Jones (1675--1749) había dado una sistemática descripción en estos términos. Euler definió las dos funciones así: 1 1 1 n x n n n x e lim y log x lim n x n Esto fue presentado así en el libro Introduction in Analysis Infinitorum publicado en1748. -2 -1 0 1 2 -4 -2 2 4x y = ex y = lnx y = x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 9 De las gráficas de estas funciones podemos deducir que ellas son continuas en todo su dominio, de manera que si x0 pertenece al dominio de la función correspondiente, entonces se tiene: 0 0 0 0 x x xx x x lim ln x ln x lim e e y en general: 0 0 0 0a a x x xx x x lim log x log x lim a a Basado en lo anterior tenemos: Teorema Si y = f(x) representa a una función logarítmica o a una función exponencial, con las restricciones adecuadas se verifica: 0 0 x x lim f ( x ) f ( x ) . Otros dos teoremas importantes son: Teorema: 0 1x x a lim ln a x Teorema: 0 1 x ln( a x ) ln a lim x a Para encontrar el valor de un límite es necesario tener presente: a) Evaluar el límite en su valor de tendencia, si es posible encontrar un resultado, de ser así, este es el valor del límite b) Si al evaluar el límite se obtiene alguna de las formas indeterminadas como: 0 00 ; ; 0 ; - ; 1 ; 0 ; 0 entonces debemos aplicar el siguiente teorema: Teorema: Si f y g son dos funciones definidas en un intervalo abierto que contiene a 0x y si f ( x ) g( x ) en la vecindad de x0 excepto en x = 0x 0x x Si lim f ( x ) 0x x entonces lim g( x ) En otras palabras, lo que está diciendo el teorema es que no importa lo que pase en 0x , si las funciones coinciden para valores cercanos a 0x los límites indicados son iguales. ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 10 Propiedades de los límites al infinito 1. Si k es una constante entonces lim x k k y. lim x k k 2. Si n es un número natural par entonces lim n x x y lim n x x 3. Si n es un número natural impar entonces lim n x x y lim n x x 4. Si m es un número natural par entonces lim m x x 5. Si m es un número natural impar entonces lim m x x y lim m x x 6. Si k es un número racional positivo y r es un número real arbitrario entonces lim 0 kx r x y lim 0 kx r x siempre que x k esté definido. Todo lo referente a las propiedades de los límites vistas anteriormente es válido si escribimos + o - en lugar de x0. Hay casos que parecen indeterminaciones y no lo son realmente. Límites al infinito de funciones polinomiales El procedimiento usado es bastante general y podemos deducir de él las dos reglas siguientes. Regla 1: Si tenemos un polinomio p(x) = an x n + an-1 x n-1 + ··· + a1 x + a0 (con an diferente de 0) entonces n n-1 nn n-1 1 0 nlim a x + a x + ··· + a x + a = lim a x x x y también n n-1 nn n-1 1 0 nlim a x + a x + ··· + a x + a = lim a x x x Regla 2: Si tenemos dos polinomios p(x) = an x n + an-1 x n-1 + ··· + a1x + a0 (con an distinto de 0) y q(x) = bm x m + bm-1 x m-1 + ··· + b1x + b0 (con bm distinto de 0) entonces ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 11 n n-1 n n n-1 1 0 n n n-1 n n n-1 1 0 n a x + a x + ··· + a x + a a x lim = lim x + b x + ··· + b x + b x x xb b y además n n-1 n n n-1 1 0 n n n-1 n n n-1 1 0 n a x + a x + ··· + a x + a a x lim = lim x + b x + ··· + b x + b x x xb b Simplemente lo que dicen las dos reglas anteriores es que al calcular los límites al infinito de un polinomio basta considerar solo el término de mayor grado. Del mismo modo, al calcular los límites al infinito de un cociente de polinomios basta considerar solamente el cociente de los términos de mayorgrado de ambos polinomios. Ejercicios resueltos: 1) 2 21 7 4 11 lim ? 5 2 3x x x x x Solución: Evaluando nuestro límite, tenemos: 2 2 2 21 7 4 11 7(1) 4(1) 11 0 lim 5 2 3 5(1) 2(1) 3 0x x x x x ; En este caso tenemos un límite de la forma 0 0 , debemos buscar un “arreglo” para la función utilizando: factorización, simplificación y trabajo algebraico. Es decir: Sabemos que 2 2 ( 1)7 4 11 5 2 3 xx x x x (7 11) ( 1) x x 7 11 5 3(5 3) x xx Siempre que x sea distinto de 3 5 De esta manera, según el teorema visto en el punto b) 2 21 1 7 4 11 7 11 7 1 11 18 9 lim lim 5 2 3 5 3 5 1 3 8 4x x x x x x x x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 12 2) 3 2 24 3 3 4 lim ? 4x x x x x x Solución: Tenemos un límite de la forma 0 0 , luego arreglamos: 3 2 2 2 2 3 3 4 ( 4)( 1) 1 4 ( 4) x x x x x x x x x x x x x 3 2 2 2 24 4 3 3 4 1 4 4 1 21 lim lim 4 4 4x x x x x x x x x x Luego: 3 2 24 3 3 4 21 lim 4 4x x x x x x 3) 2 3 5 1 lim ? 2x x x x Solución: Tenemos un límite de la forma 0 0 , luego arreglamos: 2 2 3 5 1 3 5 1 3 5 1 2 2 3 5 1 3 5 1 ( 2) 3 5 1 x x x x x x x x x x x x x x x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 13 3 5 1 ( 2) 3 5 1 2 4 ( 2) 3 5 1 2( 2) ( 2) 3 5 1 2 3 5 1 x x x x x x x x x x x x x x x 2 2 3 5 1 2 lim lim 2 3 5 1 2 3(2) 5 (2) 1 2 1 1 1 x x x x x x x 4) 2 31 1 lim ? 1x x x Solución: Tenemos un límite de la forma 0 0 , luego arreglamos: 2 3 2 2 1 ( 1)( 1) ( 1) 1 ( 1)( 1) ( 1) x x x x x x x x x x 2 3 2 21 1 1 1 1 1 2 2 lim lim 1 1 ( 1) ( 1) 1 1 1 1 3x x x x x x x Luego 2 31 1 2 lim 1 3x x x 5) 364 8 lim ? 4x x x Solución: ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 14 6 3 6 23 2 2 23 22 2 2 2 ; 2 2 4 2 4 2 2 2 48 lim lim lim lim 3 4 2 2 2 2 2u u u u u x x u u x x u u u u u uu u u u u Luego 364 8 lim 3 4x x x 6) 0 lim ? x x sen x 0 0 lim 0x x sen x ; es una indeterminación Solución: 0 0 0 1 1 lim lim 1 lim x x x x sen x sen xsen x x x 0 ( ) aplica propiedad: lim 1 x sen x se x Luego 0 lim 1 x x sen x 7) 0 5 lim ? 2x sen x x Solución: 0 0 0 (5 ) 5 (5 ) 5 ( ) 5 lim lim lim 2 2 5 2 2x x y sen x sen x sen y x x y Luego 0 (5 ) 5 lim 2 2x sen x x 8) 0 ( ) lim ? x tg x x Solución: 0 0 0 0 0 0 0 ( ) ( ) 0 ( ) ( ) 1cos( ) lim lim lim lim 0 cos( ) ( ) 1 ( ) 1 lim lim lim 1 cos( ) cos( ) x x x x x x x sen x tg x tg x sen xx x x x x x sen x sen x x x x x Luego 0 ( ) lim 1 x tg x x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 15 9) 0 (3 ) lim ? (2 )x x sen x x sen x Solución: 0 0 (3 ) (3 ) (3 )1 1 3 1 3 (3 ) 0 (3 ) 3 3lim ( ) (5 )(5 ) (5 )(5 ) 0 (5 ) 1 51 1 5 55 (3 ) 1 3 1 3 2 13lim (5 ) 1 5 6 3 1 5 5 x x sen x sen x sen xx x x sen x x sen x x x xf x sen xsen x sen xx sen x x sen x x x xx x sen x x sen x x Luego 0 (3 ) 1 lim (5 ) 3x x sen x x sen x 10) ( ) ( ) lim ? x a sen x sen a x a Solución: 2 cos 2 cos ( ) ( ) 2 2 2 2 lim lim lim cos( ) 1 2 2 2 2 x a x a x a x a x a x a x a sen sen sen x sen a a x a x ax a Se aplica Luego ( ) ( ) lim cos( ) x a sen x sen a a x a ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 16 Ejercicios propuestos. 1. 22 1 lim 1x x x R: 1 3 2. 2 22 4 lim 5 6x x x x R: 1 2 3. 2 21 3 2 lim 4 3x x x x x R: 1 2 4. 20 2 lim 4x x x R: 1 2 5. 20 2 lim 2x x x R: 0 6. 3 4 12 lim 3x x x R: 4 7. 3 1 1 lim 1x x x R: 3 8. 2 22 4 lim 3 2x x x x R: 4 9. 2 25 11 30 lim 2 35x x x x x R: 1 12 10. 2 22 5 13 6 lim 4 9 2x x x x x R: 1 11. 0 lim 1 1x x x R: 2 12. 2 0 1 1 lim x x x R: 13. 3 3 lim 4 13x x x R: -8 14. 0 5 lim 1 1x x x R: 10 15. 0 4 2 lim 9 3x x x R: 3 2 16. 2 1 1 1 lim 1x x x x R: 1 2 17. 3 2 3 2 8 4 6 lim 2 3 3x x x x x x R: 4 18. 3 2 3 2 4 5 6 lim 6 2x x x x x x R: 2 3 19. 4 2 2 5 4 45 lim 5x x x x R: 14 20. 3 2 5 3 21 38 29 40 lim 3 5y y y y y R: 232 9 21. 2 2 2 3 4 4 9 lim 2 3x x x x x x R: 6 22. 22 2 lim 4x x x R: 0 23. 1 lim 1 3x x R: 2 24. 1 lim 5t t e R: 6 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 17 25. lim 2x x R: 0 26. 1 0 2 lim x x x e e R: 0 27. cos 0 lim 1 sen ecx x x R: e 28. 3 lim 1 x x x R: 4e 29. 2 23 9 lim 6x x x x R: 5 6 30. 1 2 1 lim 1 x x x x R: 0 31. 0 lim 1 2x x x R: 2e 1 32. 2 1 lim ln 2 x x x x R: -2 33. 1 0 lim 1 senx x tgx R: e-1 34. 2 0 lim 1 3 x x x R: e-6 35. 2 2 2 1 lim 2 x x x x R: e3 36. 1 0 1 1 senx x tgx lim senx R: 1 37. lim x x x a x a R: e2a 38. 2 2 4 5 lim 2 5 1x x x x x R: 1 2 39. 2 4 3 lim 3x x x x x x R: 0 40. 0 lim 3x tgx senx sen x R: 1 2 41. lim sec x x x R: - 42. 0 2 lim 3x sen x sen x R: 2 3 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 18 Asíntotas de funciones de una variable real Uno de los temas más interesantes del estudio del análisis de funciones, es la representación de funciones de una variable. Y entre los cálculos que se entienden necesario para recopilar datos suficientes para la representación se encuentra el cálculo de las asíntotas de la función Definición Se denomina asíntota de la gráfica de una función, a una recta a la que se aproxima continuamente la gráfica de tal función; es decir que la distancia entre las dos tiende a cero, a medida que se extienden indefinidamente. Existen tres tipos de asíntotas: Vertical; Horizontal y Oblicuas, como se muestran en las gráficas anteriores Cálculo de asíntotas: 1) Asíntota Vertical. Una recta x = a es una asíntota vertical de la gráfica de la función y f ( x ) si Se cumple alguno de los siguientes postulados. ó x a x a lim f ( x ) lim f ( x ) ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 19 2) Asíntota Horizontal. Una recta y b es una asíntota horizontal de la gráfica de la función y f ( x ) si Se cumple alguno de los siguientes postulados. ó x x lim f ( x ) b lim f ( x ) b Ejemplo1. Encontrar las asíntotas vertical y horizontal de la gráfica 2 1 x f ( x ) x Solución: En general, las asíntotas verticales de una función son los puntos donde el denominador es cero, y en esta función es en el punto x = 1. Entonces: 1 2 2 1 2 1 1 1 0x x lim x luego en x = 1 tenemos asíntota vertical Asíntota Horizontal. 1 1 2 2 2 2 11 1 0 1 x x x x x lim lim x x luego en y = 2 tenemos asíntota horizontal http://www.google.es/imgres?imgurl=http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/bruno1998/bruno19981007/bruno1998100700022/7420065-ilustracion-animada-de-una-cara-feliz-con-manos-y-piernas-mostrando-un-signo-de-pulgar-arriba.jpg&imgrefurl=http://es.123rf.com/imagenes-de-archivo/cara_sonriente.html&h=168&w=168&tbnid=VJ6mi3eUbz3rvM:&zoom=1&docid=ctldrWo9j1_LFM&ei=oEuBU_v9H8ShogTkx4HgCQ&tbm=isch&ved=0CC0QMyglMCU4yAE&iact=rc&uact=3&dur=210261&page=15&start=237&ndsp=19 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 20 Ejemplo 2. Encontrar las asíntotas vertical y horizontal de la gráfica 2 8 4 f ( x ) x Solución: a) Asíntota Vertical. Veamos para que valores el denominador es cero. 2 24 0 4 4 2 x x x x Entonces en 2 2 y x x tenemos posibles asíntotas verticales, aplicando definición tenemos: Para 2 x tenemos. 2 22 8 8 8 4 2 4 0x lim x Para 2 x tenemos. 2 22 8 8 8 4 2 4 0x lim x ( ) luego en 2 x tenemos asíntota vertical luego en 2 x tenemos asíntota vertical b) Asíntota Horizontal. Debemos analizar que ocurre cuando la variable se va al infinito, luego 2 2 8 8 8 0 4 4x lim x ( ) luego en 0 x tenemos asíntota horizontal 2 8 4 f ( x ) x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 21 3) Asíntota Oblicua. La recta de ecuación y = mx + b(m ≠ 0) será una asíntota oblicua si: 0 x lim f ( x ) ( mx b ) Los valores de m y de b se calculan con las fórmulas: ; Si el grado del numerador de una función racional difiere del grado del denominador en 1, la gráfica tiene una Asíntota Oblicua o Inclinada Ejercicios resueltos Ejemplo 1 Hallar la asíntota oblicua a la gráfica de la función 22 3 x f ( x ) x Solución: Debemos encontrar los valores de m y b, aplicando definición se tiene: 2 2 2 12 2 1 2 2 2 23 2 33 1 0 1 x x x x x x xxlim lim lim x x x x ; luego m=2 Por otro lado. 2 2 2 2 1 1 2 2 2 3 2 2 6 6 6 6 2 6 33 3 3 3 1 0 1 x x x x x x x x x x( x ) x x x x lim x lim lim lim lim x x x x x Luego b=-6 De donde la ecuación de la asíntota será 2 6y x , como se muestra en la gráfica siguiente http://www.google.es/imgres?imgurl=http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/bruno1998/bruno19981007/bruno1998100700022/7420065-ilustracion-animada-de-una-cara-feliz-con-manos-y-piernas-mostrando-un-signo-de-pulgar-arriba.jpg&imgrefurl=http://es.123rf.com/imagenes-de-archivo/cara_sonriente.html&h=168&w=168&tbnid=VJ6mi3eUbz3rvM:&zoom=1&docid=ctldrWo9j1_LFM&ei=oEuBU_v9H8ShogTkx4HgCQ&tbm=isch&ved=0CC0QMyglMCU4yAE&iact=rc&uact=3&dur=210261&page=15&start=237&ndsp=19 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 22 Ejemplo 2. Hallar la asíntota oblicua a la gráfica de la función 2 2 2 1 x x f ( x ) x Solución: Buscamos m y b, aplicando definición: 2 2 2 12 2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 1 0 01 1 1 1 0 1 x x x x x x x x xx x xlim lim lim x x x x entonces m=1 Luego. 2 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 0 1 1 11 1 1 1 0 1 x x x x x x x x x x x x x xlim x lim lim lim x x x x de donde. 1b La ecuación de la asíntota oblicua es 1y x , como se muestra en la gráfica 22 3 x f ( x ) x 2 6y x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 23 Ejercicios propuestos Determinar las asíntotas de las siguientes funciones: 1) 23 2 2 x x f ( x ) x 2) 2 4 2 2 x f ( x ) x x 3) 3 1 x f ( x ) x 4) 2 1x f ( x ) x 5) 2 1 3 x f ( x ) x 6) 2 2 2 3 1 x f ( x ) x 7) 2 4 4 x f ( x ) x 8) 2 5 2 4 x f ( x ) x 9) 2 2 x f ( x ) x x 10) 2 2 1 1 ( x ) f ( x ) x 2 2 2 1 x x f ( x ) x 1y x http://www.google.es/imgres?imgurl=http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/bruno1998/bruno19981007/bruno1998100700022/7420065-ilustracion-animada-de-una-cara-feliz-con-manos-y-piernas-mostrando-un-signo-de-pulgar-arriba.jpg&imgrefurl=http://es.123rf.com/imagenes-de-archivo/cara_sonriente.html&h=168&w=168&tbnid=VJ6mi3eUbz3rvM:&zoom=1&docid=ctldrWo9j1_LFM&ei=oEuBU_v9H8ShogTkx4HgCQ&tbm=isch&ved=0CC0QMyglMCU4yAE&iact=rc&uact=3&dur=210261&page=15&start=237&ndsp=19 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 24 Soluciones. Ejercicio Asíntotas Verticales Asíntotas Horizontales Asíntotas Oblicuas 1 2x No Tiene 3 8y x 2 0x ; 2x 0y No Tiene 3 1x No Tiene No Tiene 4 0x No Tiene y x 5 3x No Tiene 3y x 6 No Tiene 2y No Tiene 7 2x ; 2x 0y No Tiene 8 2x No Tiene 1 2 1y x 9 1x ; En 0x No Tiene 1y No Tiene 10 No Tiene 2y No Tiene http://www.google.es/imgres?imgurl=http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/bruno1998/bruno19981007/bruno1998100700022/7420065-ilustracion-animada-de-una-cara-feliz-con-manos-y-piernas-mostrando-un-signo-de-pulgar-arriba.jpg&imgrefurl=http://es.123rf.com/imagenes-de-archivo/cara_sonriente.html&h=168&w=168&tbnid=VJ6mi3eUbz3rvM:&zoom=1&docid=ctldrWo9j1_LFM&ei=oEuBU_v9H8ShogTkx4HgCQ&tbm=isch&ved=0CC0QMyglMCU4yAE&iact=rc&uact=3&dur=210261&page=15&start=237&ndsp=19 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 25 Continuidad de Funciones de una Variable Real. Observa las siguientes gráficas: 1) f ( a ) no está definida, sin embargo x a lim f ( x ) L , si existe 2) f ( a ) está definida, sin embargo x a lim f ( x ) no existe, 3) El x a lim f ( x ) L , si existe, f ( a ) está definida, sin embargo x a lim f ( x ) f ( a ) 4) f ( a ) está definida, y existe el x a lim f ( x ) L y además ambos son iguales. x a lim f ( x ) f ( a ) Podemos darnos cuenta que en las tres primeras gráficas la función no es continua, sin embargo la gráfica 4 representa una función continua. Se dice que una función es continua si su gráfica se puede dibujar sin levantar el lápiz del papel ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 26 Ejercicios resueltos Ejemplo 1. Considere la función 2 2 2 x x f ( x ) x , estudiar la continuidad en: 3x y 2x Solución. Para 3x tenemos. 1) ¿Existe 3f ( )? Evaluando 23 3 2 4 3 4 3 2 1 f ( ) , vemos que está definido y su valor es 4 2) ¿Existe él 3x lim f ( x ) ? Debemos calcular el límite 2 3 2 2x x x lim x 2 2 3 2 3 3 2 4 4 2 3 2 1x x x lim x , de donde 3 4 x lim f ( x ) Definición Una función f ( x )es continua en un punto x a de su dominio si y solo si cumple las siguientes tres condiciones 1) Existe f ( a ); f ( x )está definida para x a 2) Existe el x a lim f ( x ) 3) Entonces x a lim f ( x ) f ( a ) Si una de las condiciones anteriores no se cumple, diremos que la función es discontinua http://www.google.es/imgres?imgurl=http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/bruno1998/bruno19981007/bruno1998100700022/7420065-ilustracion-animada-de-una-cara-feliz-con-manos-y-piernas-mostrando-un-signo-de-pulgar-arriba.jpg&imgrefurl=http://es.123rf.com/imagenes-de-archivo/cara_sonriente.html&h=168&w=168&tbnid=VJ6mi3eUbz3rvM:&zoom=1&docid=ctldrWo9j1_LFM&ei=oEuBU_v9H8ShogTkx4HgCQ&tbm=isch&ved=0CC0QMyglMCU4yAE&iact=rc&uact=3&dur=210261&page=15&start=237&ndsp=19 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 27 3) Tenemos que 3 4f ( ) y 3 4 x lim f ( x ) , luego 3 3 x f ( ) lim f ( x ) , luego se cumple la tercera condición, por lo que la función es continua en 3x Para 2x tenemos. 1) ¿Existe 2f ( )? Evaluando 22 2 2 0 2 2 2 0 f ( ) , esto es indeterminado, luego 2f ( ) no existe Como no cumple con el punto 1 de la definición, entonces la función es discontinua en 2x Ejemplo 2. Considere la siguiente función: 2 2 3 1 x x f ( x ) x si x 1 3 si x=1 estudiar la continuidad en 1x Solución: Aplicando definición. 1) ¿Existe 1f ( ) ? Si 1 3f ( ) (cumple la primera condición) 2) ¿Existe él 1x lim f ( x ) ? Debemos calcular el límite 2 1 1 1 2 3 1 3 3 4 1 1x x x x x ( x )( x ) lim lim lim( x ) x x , Existe el límite (cumple con la segunda condición) 3) De lo anterior se tiene que 1 3f ( ) y 1 4 x lim f ( x ) , luego 1 1 x f ( ) lim f ( x ) ( no se cumple la tercera condición), por lo que f ( x ) es discontinua en 1x . Este tipo de discontinuidad se llama Evitable o Reparable, ya que podemos redefinir la función de la siguiente manera. 2 2 3 1 x x g( x ) x si x 1 4 si x=1 Tomando 1 4f ( ) se cumple la tercera condición http://www.google.es/imgres?imgurl=http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/bruno1998/bruno19981007/bruno1998100700022/7420065-ilustracion-animada-de-una-cara-feliz-con-manos-y-piernas-mostrando-un-signo-de-pulgar-arriba.jpg&imgrefurl=http://es.123rf.com/imagenes-de-archivo/cara_sonriente.html&h=168&w=168&tbnid=VJ6mi3eUbz3rvM:&zoom=1&docid=ctldrWo9j1_LFM&ei=oEuBU_v9H8ShogTkx4HgCQ&tbm=isch&ved=0CC0QMyglMCU4yAE&iact=rc&uact=3&dur=210261&page=15&start=237&ndsp=19ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 28 1 1 4 x f ( ) lim f ( x ) , por lo que f ( x ) es continua en 1x Ejemplo 3 Sea la función definida por partes 3 2x+2 si -3 x -1 h( x ) 2x-1 si 0 x ¿ Es la función h( x ) continua en todo su dominio? Solución: En este caso el dominio de la función está formado por la unión de dos intervalos [-3, -1]∪[0, 3], no hay un valor que corte este dominio. La función está compuesta por dos segmentos de recta y las rectas son continuas en su dominio (ver gráfica más abajo). Por lo tanto la función h( x ) es continua en todo su dominio. Luego: Definición: Una función es continua en un intervalo abierto (a, b) si lo es para todos los valores de x a,b , es decir para todos los valores del intervalo. Una función es continua en un intervalo cerrado [a, b] si es continua en (a, b) y además, x a x a lim f ( x ) f ( a ) lim f ( x ) f ( b ) y Es decir, es continua por la derecha en a, y continua por la izquierda en b. 2 2y x 2 1y x ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 29 Ejercicios Propuestos. Estudiar la continuidad de las siguientes funciones 1. 1 f ( x ) x 2. 2 2 2 3 4 3 x x f ( x ) x x 3. 2 2 3 2 4 4 x x f ( x ) x x 4. 29 1 x si x 1 f ( x ) x si x >1 5. 2 2 3 1 2 x +2 si x<-3 f ( x ) x si -3 x<1 2x si x>1 6. 1 2 3 2 x+2 si -2 x<0 f ( x ) x si 0 x<3 x si 3<x<5 7. Calcula el valor del parámetro a para que la función sea continua 2x +ax si x 1 f ( x ) ln x si x>1 8. Calcula los valores del a y b para que la función sea continua 2 1 1 x-1 si x<-1 f ( x ) x ax b si -1 x x si x>1 ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN Asignatura: MATEMÁTICA APLICADA II Código: EEMA01 30 Respuesta ejercicios propuestos. 1) Discontinua en x=0 no evitable de salto infinito 2) Para x=1 presenta discontinuidad evitable ya que existe el límite Para x=3 presenta discontinuidad no evitable de salto infinito 3) Discontinua en x=2 no evitable de salto infinito 4) Discontinua en x=1 no evitable de salto finito 5) Para x=1 presenta discontinuidad evitable ya que existe el límite Para x=-3 presenta discontinuidad no evitable de salto finito 6) Para x=0 presenta discontinuidad no evitable de salto finito Para x=3 la función es continua 7) 1a 8) 2a ; b=-1 Bibliografía Cálculo Trascendentes Tempranas. James Stewart Cuarta edición. THOMSON LEARNING ISBN 970-686-127-0 Cálculo 1 de una variable. Ron Larson Novena edición McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. ISBN 978-607-15-0273-5
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