Gráfica de funciones mediante criterio de asíntotas (parte1)

¿Qué son las asíntotas de una función?

Una asíntota es una línea recta generada por el gráfico de una función real que tiende a aproximarse a dicho gráfico sin llegar a igualarse (o intersectarse), sin importar cuan largo (o extenso) sea el trazado de ambos gráficos.

Existen tres clases de asíntotas

A) Asíntotas verticales (A.V.)
B) Asíntotas horizontales (A.H.)
C) Asíntotas oblicuas (A.O.)

A continuación enunciaré sus respectivas definiciones.

Sea $f(x)$ una función definida en un intervalo de la recta, y sea $c$ y $d$ dos elementos de dicho intervalo, entonces se define:

A1) Asíntota vertical inferior izquierda.
Decimos que $x=c$ es una asíntota vertical inferior por la izquierda si y solo si:
$$\lim_{x\rightarrow c^{-}}f(x)=-\infty$$
siempre que toda $x$ que tiende a $c^{-}$ esté en el dominio de $f$ (i.e. el intervalo de definición de $f$)

A2) Asíntota vertical inferior derecha.
Decimos que $x=c$ es una asíntota vertical inferior por la izquierda si y solo si:
$$\lim_{x\rightarrow c^{+}}f(x)=-\infty$$
siempre que toda $x$ que tiende a $c^{+}$ esté en el dominio de $f$ (el intervalo de definición de $f$)

A3) Asíntota vertical superior izquierda.
Decimos que $x=c$ es una asíntota vertical inferior por la izquierda si y solo si:
$$\lim_{x\rightarrow c^{-}}f(x)=+\infty$$
siempre que toda $x$ que tiende a $c^{-}$ esté en el dominio de $f$ (el intervalo de definición de $f$)

A4) Asíntota vertical superior derecha.
Decimos que $x=c$ es una asíntota vertical inferior por la izquierda si y solo si:
$$\lim_{x\rightarrow c^{+}}f(x)=+\infty$$
siempre que toda $x$ que tiende a $c^{+}$ esté en el dominio de $f$ (i.e. el intervalo de definición de $f$)

B1) Asíntota horizontal izquierda.
Decimos que $y=d$ es una asíntota horizontal por la izquierda si y solo si:
$$\lim_{x\rightarrow -\infty}f(x)=d$$
siempre que toda $x$ que tiende a $-\infty$ esté en el dominio de $f$ (i.e. el intervalo de definición de $f$)

B2) Asíntota horizontal derecha.
Decimos que $y=d$ es una asíntota horizontal por la derecha si y solo si:
$$\lim_{x\rightarrow +\infty}f(x)=d$$
siempre que toda $x$ que tiende a $+\infty$ esté en el dominio de $f$ (el intervalo de definición de $f$)

C1) Asíntota oblicua izquierda.
Decimos que $y=mx+b$ es una asíntota oblicua por la izquierda si y solo si:
$$\boxed{\begin{array}{c}
m = \mathop {\lim }\limits_{x \to -\infty } \;{\mkern 1mu} \frac{{f\left( x \right)}}{x}\,\,\,\,\,\,\,,\quad\,\,\,b = \mathop {\lim }\limits_{x \to -\infty } \;{\mkern 1mu} \left( {f\left( x \right) – mx} \right)\\
\end{array}}$$
siempre que toda $x$ que tiende a $-\infty$ esté en el dominio de $f$ (i.e. el intervalo de definición de $f$)

C2) Asíntota oblicua derecha.
Decimos que $y=mx+b$ es una asíntota oblicua por la derecha si y solo si:
$$\boxed{\begin{array}{c}
m = \mathop {\lim }\limits_{x \to +\!\infty } \;{\mkern 1mu} \frac{{f\left( x \right)}}{x}\,\,\,\,\,\,\,,\quad\,\,\,b = \mathop {\lim }\limits_{x \to +\!\infty } \;{\mkern 1mu} \left( {f\left( x \right) – mx} \right)\\
\end{array}}$$
siempre que toda $x$ que tiende a $+\infty$ esté en el dominio de $f$ (i.e. el intervalo de definición de $f$)

Habiendo explicado esta teoría podemos realizar el siguiente

Figura 01: El dominio de la función $f(x) = 3\,- 2x\, – \frac{x^2}{\sqrt{x^2 – x – 2}}$ restringe a solo calcular dos límites en vez de cuatro.

$$\begin{array}{c}
\mathop {\lim }\limits_{x \to – {1^ – }} \;{\mkern 1mu} f\left( x \right) = – \infty \\
\mathop {\lim }\limits_{x \to {2^ + }} \;{\mkern 1mu} f\left( x \right) = – \infty
\end{array}$$

Cálculo paso a paso de las ecuaciones de las A.V. de f(x)

$\mathbf{A)}$ Para $x=-1$

\begin{align*}
\mathop{\lim}\limits_{x\to\,–1^{–}}&\left[\,f(x)\,\right]\\
\tag{1}&=\mathop{\lim}\limits_{x\to\,–1^{–}}\left(3–2x–
\displaystyle{\frac{x^2}{\sqrt{x^2–x–2}}}\right)
\end{align*} factorizando el termino subradical
\begin{align*}
\tag{2} =& \mathop {\lim }\limits_{x \to\,–1^{–}} \left( {3 – 2x – \displaystyle\frac{{{x^2}}}{{\sqrt {\left( {x + 1} \right)\left( {x – 2} \right)} }}} \right)\\
\tag{3} =& 3–2(–1)–\displaystyle{\frac{(–1)^2}{\sqrt{(–1^{–}+1)(–1–2)}}}
\end{align*} aquí podemos ver que $(–1^{–}+1)\thickapprox (–1.1+1.0)=-0.1 \thickapprox \boxed{0^{-}}$
\begin{align*}
\tag{4} =&5–\displaystyle{\frac{1}{\sqrt{(0^{–})(–3)}}} \\
\tag{5} =&5–\displaystyle\frac{1}{\sqrt{0^{+}}}
=5–\displaystyle\frac{1}{0^{+}}\\
\tag{6} =& 5–\infty
\end{align*}\begin{align*}
&\therefore\quad\boxed{\mathop {\lim }\limits_{x \to\,–1^{–}}\left[{\,f(x)\,}\right]= -\,\infty}
\end{align*}

$\mathbf{B)}$ Para $x=2$

\begin{align*}
\mathop{\lim}\limits_{x\to\,2^{+}}&\left[\,f(x)\,\right]\\
\tag{1}&=\mathop{\lim}\limits_{x\to\,2^{+}}\left(3–2x–
\displaystyle{\frac{x^2}{\sqrt{x^2–x–2}}}\right)
\end{align*} factorizando el termino subradical
\begin{align*}
\tag{2} =& \mathop {\lim }\limits_{x \to\,2^{+}} \left( {3 – 2x – \displaystyle\frac{{{x^2}}}{{\sqrt {\left( {x + 1} \right)\left( {x – 2} \right)} }}} \right)\\
\tag{3} =& 3–2(2)–\displaystyle{\frac{(2)^2}{\sqrt{(2^{+}+1)(2^{+}–2)}}}
\end{align*} aquí podemos ver que $(2^{+}-2)\thickapprox (2.1-2.0)=0.1 \thickapprox \boxed{0^{+}}$
\begin{align*}
\tag{4} =&-1–\displaystyle{\frac{4}{\sqrt{(3)(0^{+})}}} \\
\tag{5} =&-1–\displaystyle\frac{4}{\sqrt{0^{+}}}
=-1–\displaystyle\frac{4}{0^{+}}\\
\tag{6} =& -1–\infty
\end{align*}\begin{align*}
&\therefore\quad\boxed{\mathop{\lim}\limits_{x \to\,2^{+}}\left[{\,f(x)\,}\right]=-\,\infty}
\end{align*}

[plegar]

de acuerdo con lo que hablamos en la teoría de este artículo, esto significa que:

$x=-1$ es una asíntota vertical inferior por la izquierda, y
$x=2$ es una asíntota vertical inferior por la derecha.

Ambas asíntotas verticales son inferiores.

Figura 02: El sombreado amarillo degradado lo genera el dominio f(x), y correponde al conjunto $(\left\langle {-\!\infty,-1} \right\rangle\times\mathbb{R})\cup(\left\langle {2,+\!\infty}\right\rangle\times\mathbb{R})$

¿Porqué le pusieron punta de flecha (en rojo) a las asíntotas verticales de la figura 02?
Al ser asíntotas inferiores, la gráfica de $f(x)$ se debe trazar aproximándose a cada una de ellas siguiendo el sentido que indican dichas puntas de flecha, y siempre que se encuentre en la región que proyecta su dominio (sombreado en color en amarillo degradado).

Para ver el cálculo de las asíntotas horizontales y oblicuas y la gráfica final de $f(x)$ haga clic en la siguiente entrada.

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Salomon CB

Me dedico a la enseñanza de las matemáticas del nivel secundario, PRE y superior desde hace algunos años. Además de tener ciertas habilidades en el aspecto informático de la misma, como es el software Maple, Latex, Mathtype, y edición de vídeo e imágenes como Camtasia, Illustrator y Photoshop, siempre orientado al mismo fin, explicar de manera más ilustrativa la complejidad de las matemáticas universitarias.