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Análisis Matemático 66
2024
GUTIERREZ (ÚNICA)
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ANÁLISIS MATEMÁTICO 66 CBC
CÁTEDRA GUTIERREZ (ÚNICA)
5.
Encuentre, si las hay, las ecuaciones de las asíntotas verticales, horizontales y oblicuas (tanto para $x \rightarrow +\infty$ como para $x \rightarrow -\infty$) de las siguientes funciones. Localice en un dibujo, la posición del gráfico de la función con respecto a las asíntotas halladas
d) $f(x)=2 x+\sqrt{1+x^{2}}$
d) $f(x)=2 x+\sqrt{1+x^{2}}$
Respuesta
Asíntotas verticales
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El dominio de esta función es $\mathbb{R}$ (¿por qué? ¿cómo es lo de adentro de la raíz cuadrada?). Por lo tanto, no tiene asíntotas verticales.
Asíntotas horizontales
$\lim_{x \to +\infty} 2 x+\sqrt{1+x^{2}} = + \infty$
$\lim_{x \to -\infty} 2 x+\sqrt{1+x^{2}} $
Apa, qué es este límite? Es del estilo a los primeros límites que resolvíamos, los de la Práctica 4! Es una indeterminación infinito menos infinito, pero con esa raíz cuadrada seguramente nos pueda ayudar multiplicar y dividir por el conjugado (no te olvides todas las herramientas que ganaste antes!)
De estos límites ya hicimos un montón en la Práctica 3 y 4, una vez que multiplicás y dividis por el conjugado empezas a sacar factor común "el que manda", arrancando primero por la raíz. Ojo porque te va a quedar en un momento $\sqrt{x^2}$, eso es $|x|$... y $x$ tiende a $-\infty$, es recontra negativo! Por lo tanto ahí vas a escribir $|x| = -x$. ¿Te animás a hacerlo vos? Deberías llegar a...
$\lim_{x \to -\infty} 2 x+\sqrt{1+x^{2}} = -\infty$
(No te preocupes que en el próximo paso al calcular las asíntotas oblicuas tenemos que hacer un límite parecido a este y ese si lo voy a hacer, así aprovechás y refrescás)
Estudiamos entonces asíntotas oblicuas:
Asíntotas oblicuas
Pendiente
$ m = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{f(x)}{x} = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{ 2 x+\sqrt{1+x^{2}} }{x} $
De nuevo, este es un límite conocido que sabemos resolver multiplicando y dividiendo por el conjugado (en principio, podrías aplicar L'Hopital pero vas a entrar en un loop de derivadas y no se te va a salvar nunca la indeterminación)
$ \lim_{x \to \pm\infty} \frac{(2x + \sqrt{1+x^2})(2x - \sqrt{1+x^2})}{x(2x - \sqrt{1+x^2})} $
Diferencia de cuadrados, blabla, lo de siempre...
$ \lim_{x \to \pm\infty} \frac{3x^2 - 1}{x(2x - \sqrt{1+x^2})} $
Sacamos factor común $x^2$ adentro de la raíz:
$ \lim_{x \to \pm\infty} \frac{3x^2 - 1}{x(2x - \sqrt{x^2(1+\frac{1}{x^2})})} $
Ojo ahora cuando distribuyo la raíz:
$ \lim_{x \to \pm\infty} \frac{3x^2 - 1}{x(2x - |x|\sqrt{1+\frac{1}{x^2}})} $
¡Módulo de $x$! Entonces ahora nos cambia la situación. Cuando $x \to +\infty$ vamos a escribir $|x| = x$. En cambio, cuando $x \to -\infty$ vamos a escribir $|x| = -x$
Ahora si, separamos las aguas y calculamos los dos límites por separado:
$ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 1}{x(2x - x\sqrt{1+\frac{1}{x^2}})} $
Hacemos distributiva con esa $x$ del denominador:
$ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 1}{2x^2 - x^2\sqrt{1+\frac{1}{x^2}}} $
Ahora si seguimos como siempre, acá sacas factor común $x^2$ en numerador y denominador, esto te lo dejo para que lo completes vos en tu hoja, deberías llegar a:
$ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 1}{2x^2 - x^2\sqrt{1+\frac{1}{x^2}}} = 3 $
Por lo tanto, en $+\infty$ nuestra posible asíntota oblicua tiene pendiente $m = 3$
Ahora veamos qué pasa en $-\infty$
$ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 1}{x(2x + x\sqrt{1+\frac{1}{x^2}})} $
$ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 1}{2x^2 + x^2\sqrt{1+\frac{1}{x^2}}} $
Ya no queda nada acá, sacá factor común $x^2$ en numerador y denominador y nos queda...
$ \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - 1}{2x^2 + x^2\sqrt{1+\frac{1}{x^2}}} = 1$
Por lo tanto, en $-\infty$ nuestra posible asíntota oblicua tiene pendiente $m = 1$
Ordenada al origen
Vamos ahora a ver quién es $b$ en cada caso. Arrancamos primero con $+\infty$.
$ b = \lim_{x \to +\infty} f(x) - mx = \lim_{x \to +\infty} 2 x+\sqrt{1+x^{2}} - 3x = \lim_{x \to +\infty} \sqrt{1+x^{2}} - x$
Multiplicando y dividiendo por el conjugado, sale enseguida que este límite da $0$.
Por lo tanto, $f$ tiene una asíntota oblicua en $y = 3x$ en $+\infty$.
Sigamos ahora con $-\infty$
$ b = \lim_{x \to -\infty} f(x) - mx = \lim_{x \to -\infty} 2 x+\sqrt{1+x^{2}} - x = \lim_{x \to -\infty} \sqrt{1+x^{2}} + x $
Y de nuevo, multiplicando y dividiendo por el conjugado sale enseguida también que este da $0$.
Por lo tanto, $f$ tiene una asíntota oblicua en $y = x$ en $-\infty$.
Uffff, estuvo intenso este jaja pero mirá que linda $f(x)$ con sus dos asíntotas oblicuas 😅