Sr Examen

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

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

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

Solución analítica
$$x_{1} = 0$$
Solución numérica
$$x_{1} = 0$$
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 (x^3 + x)/(x - 1).
$$\frac{0^{3}}{-1}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = 0$$
Punto:
(0, 0)
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
$$\frac{3 x^{2} + 1}{x - 1} - \frac{x^{3} + x}{\left(x - 1\right)^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = \frac{1}{4 \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}} + \frac{1}{2} + \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                                                                                              3                      
                                                     ___________   /         ___________                     \                       
                                                    /       ___    |        /       ___                      |                       
                                            1      /  3   \/ 2     |1      /  3   \/ 2             1         |            1          
                                            - + 3 /   - + -----  + |- + 3 /   - + -----  + ------------------|  + ------------------ 
                                            2   \/    8     4      |2   \/    8     4             ___________|           ___________ 
                                                                   |                             /       ___ |          /       ___  
          ___________                                              |                            /  3   \/ 2  |         /  3   \/ 2   
         /       ___                                               |                       4*3 /   - + ----- |    4*3 /   - + -----  
 1      /  3   \/ 2             1                                  \                         \/    8     4   /      \/    8     4    
(- + 3 /   - + -----  + ------------------, ----------------------------------------------------------------------------------------)
 2   \/    8     4             ___________                                   ___________                                             
                              /       ___                                   /       ___                                              
                             /  3   \/ 2                            1      /  3   \/ 2             1                                 
                        4*3 /   - + -----                         - - + 3 /   - + -----  + ------------------                        
                          \/    8     4                             2   \/    8     4             ___________                        
                                                                                                 /       ___                         
                                                                                                /  3   \/ 2                          
                                                                                           4*3 /   - + -----                         
                                                                                             \/    8     4                           


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:
$$x_{1} = \frac{1}{4 \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}} + \frac{1}{2} + \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}$$
La función no tiene puntos máximos
Decrece en los intervalos
$$\left[\frac{1}{4 \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}} + \frac{1}{2} + \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, \frac{1}{4 \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}} + \frac{1}{2} + \sqrt[3]{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{3}{8}}\right]$$
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
$$\frac{2 \left(3 x + \frac{x \left(x^{2} + 1\right)}{\left(x - 1\right)^{2}} - \frac{3 x^{2} + 1}{x - 1}\right)}{x - 1} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 1 - \sqrt[3]{2}$$
Además hay que calcular los límites de y'' para los argumentos tendientes a los puntos de indeterminación de la función:
Puntos donde hay indeterminación:
$$x_{1} = 1$$

$$\lim_{x \to 1^-}\left(\frac{2 \left(3 x + \frac{x \left(x^{2} + 1\right)}{\left(x - 1\right)^{2}} - \frac{3 x^{2} + 1}{x - 1}\right)}{x - 1}\right) = -\infty$$
$$\lim_{x \to 1^+}\left(\frac{2 \left(3 x + \frac{x \left(x^{2} + 1\right)}{\left(x - 1\right)^{2}} - \frac{3 x^{2} + 1}{x - 1}\right)}{x - 1}\right) = \infty$$
- los límites no son iguales, signo
$$x_{1} = 1$$
- 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
$$\left(-\infty, 1 - \sqrt[3]{2}\right]$$
Convexa en los intervalos
$$\left[1 - \sqrt[3]{2}, \infty\right)$$
Asíntotas verticales
Hay:
$$x_{1} = 1$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{x^{3} + x}{x - 1}\right) = \infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{x^{3} + x}{x - 1}\right) = \infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la derecha
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función (x^3 + x)/(x - 1), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{x^{3} + x}{x \left(x - 1\right)}\right) = -\infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota inclinada a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{x^{3} + x}{x \left(x - 1\right)}\right) = \infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota inclinada a la derecha
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:
$$\frac{x^{3} + x}{x - 1} = \frac{- x^{3} - x}{- x - 1}$$
- No
$$\frac{x^{3} + x}{x - 1} = - \frac{- x^{3} - x}{- x - 1}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar