Sr Examen

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1/x^2-1/(x-1)^3

Gráfico de la función y = 1/x^2-1/(x-1)^3

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
       1       1    
f(x) = -- - --------
        2          3
       x    (x - 1) 
$$f{\left(x \right)} = - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}}$$
f = -1/(x - 1)^3 + 1/(x^2)
Gráfico de la función
Dominio de definición de la función
Puntos en los que la función no está definida exactamente:
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 1$$
Puntos de cruce con el eje de coordenadas X
El gráfico de la función cruce el eje X con f = 0
o sea hay que resolver la ecuación:
$$- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = \frac{7}{9 \sqrt[3]{\frac{\sqrt{93}}{18} + \frac{47}{54}}} + \sqrt[3]{\frac{\sqrt{93}}{18} + \frac{47}{54}} + \frac{4}{3}$$
Solución numérica
$$x_{1} = 3.14789903570479$$
Puntos de cruce con el eje de coordenadas Y
El gráfico cruce el eje Y cuando x es igual a 0:
sustituimos x = 0 en 1/(x^2) - 1/(x - 1)^3.
$$\frac{1}{0^{2}} - \frac{1}{\left(-1\right)^{3}}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = \tilde{\infty}$$
signof no cruza Y
Extremos de la función
Para hallar los extremos hay que resolver la ecuación
$$\frac{d}{d x} f{\left(x \right)} = 0$$
(la derivada es igual a cero),
y las raíces de esta ecuación serán los extremos de esta función:
$$\frac{d}{d x} f{\left(x \right)} = $$
primera derivada
$$\frac{3}{\left(x - 1\right)^{4}} - \frac{2}{x x^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8} + \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2}$$
$$x_{2} = - \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2} + \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                                                                    ____________________________________________________________________________________________________________________                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         
                                                                                   /                                   ______________                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
                                                                                  /                                   /        _____                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             
                                                                                 /   57            1                 /  9    \/ 593                                   531                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
                                                                                /    -- + ------------------- - 2*3 /   -- + -------  + ---------------------------------------------------------------                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          
                __________________________________________________             /     8         ______________     \/    64      64                   __________________________________________________                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          
               /                                   ______________             /               /        _____                                        /                                   ______________                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           
              /                                   /        _____             /               /  9    \/ 593                                        /                                   /        _____                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
             /   57            1                 /  9    \/ 593             /             3 /   -- + -------                                      /   57            1                 /  9    \/ 593                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             
            /    -- - ------------------- + 2*3 /   -- + -------           /              \/    64      64                              32*      /    -- - ------------------- + 2*3 /   -- + -------                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
           /     16        ______________     \/    64      64            /                                                                     /     16        ______________     \/    64      64                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
          /               /        _____                                 /                                                                     /               /        _____                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    
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                                                                                                                                                                                                          |         /               /        _____                                 /                                                                     /               /        _____                           |    |        /               /        _____                                 /                                                                     /               /        _____                           |  
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                                                                                                                                                                                                          |              /                                   ______________             /               /        _____                                        /                                   ______________  |    |             /                                   ______________             /               /        _____                                        /                                   ______________  |  
                                                                                                                                                                                                          |             /                                   /        _____             /               /  9    \/ 593                                        /                                   /        _____   |    |            /                                   /        _____             /               /  9    \/ 593                                        /                                   /        _____   |  
                                                                                                                                                                                                          |            /   57            1                 /  9    \/ 593             /             3 /   -- + -------                                      /   57            1                 /  9    \/ 593    |    |           /   57            1                 /  9    \/ 593             /             3 /   -- + -------                                      /   57            1                 /  9    \/ 593    |  
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                                                                                                                                                                                                          |11   \/              \/    64      64                               \/                                                                    \/              \/    64      64                             |    |3   \/              \/    64      64                               \/                                                                    \/              \/    64      64                             |  
                                                                                                                                                                                                          |-- + ------------------------------------------------------------ - -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|    |- + ------------------------------------------------------------ - -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|  
                                                                                                                                                                                                          \8                                 2                                                                                                  2                                                                 /    \8                                2                                                                                                  2                                                                 /  


Intervalos de crecimiento y decrecimiento de la función:
Hallemos los intervalos donde la función crece y decrece y también los puntos mínimos y máximos de la función, para lo cual miramos cómo se comporta la función en los extremos con desviación mínima del extremo:
Puntos mínimos de la función:
$$x_{1} = - \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2} + \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8} + \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[- \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2} + \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8}, \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8} + \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2}\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, - \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2} + \frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8}\right] \cup \left[\frac{\sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}{2} + \frac{11}{8} + \frac{\sqrt{- 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + \frac{57}{8} + \frac{531}{32 \sqrt{- \frac{1}{\sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}}} + 2 \sqrt[3]{\frac{9}{64} + \frac{\sqrt{593}}{64}} + \frac{57}{16}}}}}{2}, \infty\right)$$
Puntos de flexiones
Hallemos los puntos de flexiones, para eso hay que resolver la ecuación
$$\frac{d^{2}}{d x^{2}} f{\left(x \right)} = 0$$
(la segunda derivada es igual a cero),
las raíces de la ecuación obtenida serán los puntos de flexión para el gráfico de la función indicado:
$$\frac{d^{2}}{d x^{2}} f{\left(x \right)} = $$
segunda derivada
$$6 \left(- \frac{2}{\left(x - 1\right)^{5}} + \frac{1}{x^{4}}\right) = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 5.47858205599305$$
Además hay que calcular los límites de y'' para los argumentos tendientes a los puntos de indeterminación de la función:
Puntos donde hay indeterminación:
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 1$$

$$\lim_{x \to 0^-}\left(6 \left(- \frac{2}{\left(x - 1\right)^{5}} + \frac{1}{x^{4}}\right)\right) = \infty$$
$$\lim_{x \to 0^+}\left(6 \left(- \frac{2}{\left(x - 1\right)^{5}} + \frac{1}{x^{4}}\right)\right) = \infty$$
- los límites son iguales, es decir omitimos el punto correspondiente
$$\lim_{x \to 1^-}\left(6 \left(- \frac{2}{\left(x - 1\right)^{5}} + \frac{1}{x^{4}}\right)\right) = \infty$$
$$\lim_{x \to 1^+}\left(6 \left(- \frac{2}{\left(x - 1\right)^{5}} + \frac{1}{x^{4}}\right)\right) = -\infty$$
- los límites no son iguales, signo
$$x_{2} = 1$$
- es el punto de flexión

Intervalos de convexidad y concavidad:
Hallemos los intervales donde la función es convexa o cóncava, para eso veamos cómo se comporta la función en los puntos de flexiones:
Cóncava en los intervalos
$$\left[5.47858205599305, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, 5.47858205599305\right]$$
Asíntotas verticales
Hay:
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 1$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = 0$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = 0$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función 1/(x^2) - 1/(x - 1)^3, dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}}}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}}}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la izquierda
Paridad e imparidad de la función
Comprobemos si la función es par o impar mediante las relaciones f = f(-x) и f = -f(-x).
Pues, comprobamos:
$$- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}} = - \frac{1}{\left(- x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}}$$
- No
$$- \frac{1}{\left(x - 1\right)^{3}} + \frac{1}{x^{2}} = \frac{1}{\left(- x - 1\right)^{3}} - \frac{1}{x^{2}}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar
Gráfico
Gráfico de la función y = 1/x^2-1/(x-1)^3