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Gráfico de la función y = (x^2+4x+4)/(x-3)x/(x^2-1)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
        2            
       x  + 4*x + 4  
       ------------*x
          x - 3      
f(x) = --------------
            2        
           x  - 1    
$$f{\left(x \right)} = \frac{x \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1}$$
f = (x*((x^2 + 4*x + 4)/(x - 3)))/(x^2 - 1)
Gráfico de la función
Dominio de definición de la función
Puntos en los que la función no está definida exactamente:
$$x_{1} = -1$$
$$x_{2} = 1$$
$$x_{3} = 3$$
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:
$$\frac{x \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = -2$$
$$x_{2} = 0$$
Solución numérica
$$x_{1} = -2$$
$$x_{2} = -2.0000002065287$$
$$x_{3} = 0$$
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^2 + 4*x + 4)/(x - 3))*x)/(x^2 - 1).
$$\frac{0 \frac{\left(0^{2} + 0 \cdot 4\right) + 4}{-3}}{-1 + 0^{2}}$$
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
$$- \frac{2 x^{2} \left(\left(x^{2} + 4 x\right) + 4\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)^{2}} + \frac{x \left(\frac{2 x + 4}{x - 3} - \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = -2$$
$$x_{2} = \frac{4}{21} + \frac{205}{441 \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}} + \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}$$
Signos de extremos en los puntos:
(-2, 0)

                                                                                                                              /                                                                    2                                                            \ 
                                                               /          ___________________                               \ |      /          ___________________                               \           ___________________                               | 
                                                               |         /            ______                                | |      |         /            ______                                |          /            ______                                | 
                                                               |4       /  5167   2*\/ 1139                 205             | |100   |4       /  5167   2*\/ 1139                 205             |         /  5167   2*\/ 1139                 820             | 
                                                               |-- + 3 /   ---- + ----------  + ----------------------------|*|--- + |-- + 3 /   ---- + ----------  + ----------------------------|  + 4*3 /   ---- + ----------  + ----------------------------| 
                                                               |21   \/    9261      147                 ___________________| | 21   |21   \/    9261      147                 ___________________|      \/    9261      147                 ___________________| 
                                                               |                                        /            ______ | |      |                                        /            ______ |                                         /            ______ | 
           ___________________                                 |                                       /  5167   2*\/ 1139  | |      |                                       /  5167   2*\/ 1139  |                                        /  5167   2*\/ 1139  | 
          /            ______                                  |                                441*3 /   ---- + ---------- | |      |                                441*3 /   ---- + ---------- |                                 441*3 /   ---- + ---------- | 
 4       /  5167   2*\/ 1139                 205               \                                    \/    9261      147     / \      \                                    \/    9261      147     /                                     \/    9261      147     / 
(-- + 3 /   ---- + ----------  + ----------------------------, --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------)
 21   \/    9261      147                 ___________________                               /                                                                   2\                                                                                                
                                         /            ______                                |     /          ___________________                               \ | /            ___________________                               \                               
                                        /  5167   2*\/ 1139                                 |     |         /            ______                                | | |           /            ______                                |                               
                                 441*3 /   ---- + ----------                                |     |4       /  5167   2*\/ 1139                 205             | | |  59      /  5167   2*\/ 1139                 205             |                               
                                     \/    9261      147                                    |-1 + |-- + 3 /   ---- + ----------  + ----------------------------| |*|- -- + 3 /   ---- + ----------  + ----------------------------|                               
                                                                                            |     |21   \/    9261      147                 ___________________| | |  21   \/    9261      147                 ___________________|                               
                                                                                            |     |                                        /            ______ | | |                                          /            ______ |                               
                                                                                            |     |                                       /  5167   2*\/ 1139  | | |                                         /  5167   2*\/ 1139  |                               
                                                                                            |     |                                441*3 /   ---- + ---------- | | |                                  441*3 /   ---- + ---------- |                               
                                                                                            \     \                                    \/    9261      147     / / \                                      \/    9261      147     /                               


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:
$$x_{1} = -2$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = \frac{4}{21} + \frac{205}{441 \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}} + \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[-2, \frac{4}{21} + \frac{205}{441 \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}} + \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, -2\right] \cup \left[\frac{4}{21} + \frac{205}{441 \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}} + \sqrt[3]{\frac{2 \sqrt{1139}}{147} + \frac{5167}{9261}}, \infty\right)$$
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
$$\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = -3.37609608239346$$
$$x_{2} = -0.400616880203157$$
Además hay que calcular los límites de y'' para los argumentos tendientes a los puntos de indeterminación de la función:
Puntos donde hay indeterminación:
$$x_{1} = -1$$
$$x_{2} = 1$$
$$x_{3} = 3$$

$$\lim_{x \to -1^-}\left(\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = \infty$$
$$\lim_{x \to -1^+}\left(\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = -\infty$$
- los límites no son iguales, signo
$$x_{1} = -1$$
- es el punto de flexión
$$\lim_{x \to 1^-}\left(\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = \infty$$
$$\lim_{x \to 1^+}\left(\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = -\infty$$
- los límites no son iguales, signo
$$x_{2} = 1$$
- es el punto de flexión
$$\lim_{x \to 3^-}\left(\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = -\infty$$
$$\lim_{x \to 3^+}\left(\frac{2 \left(x \left(1 - \frac{2 \left(x + 2\right)}{x - 3} + \frac{x^{2} + 4 x + 4}{\left(x - 3\right)^{2}}\right) + 2 x + \frac{x \left(\frac{4 x^{2}}{x^{2} - 1} - 1\right) \left(x^{2} + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} - \frac{2 x \left(x^{2} + x \left(2 x + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right) + 4 x + 4\right)}{x^{2} - 1} + 4 - \frac{x^{2} + 4 x + 4}{x - 3}\right)}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = \infty$$
- los límites no son iguales, signo
$$x_{3} = 3$$
- 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
$$\left[-0.400616880203157, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, -3.37609608239346\right]$$
Asíntotas verticales
Hay:
$$x_{1} = -1$$
$$x_{2} = 1$$
$$x_{3} = 3$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{x \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1}\right) = 1$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = 1$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{x \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1}\right) = 1$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = 1$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función (((x^2 + 4*x + 4)/(x - 3))*x)/(x^2 - 1), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{\left(x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}\right) = 0$$
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:
$$\frac{x \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1} = - \frac{x \left(x^{2} - 4 x + 4\right)}{\left(- x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}$$
- No
$$\frac{x \frac{\left(x^{2} + 4 x\right) + 4}{x - 3}}{x^{2} - 1} = \frac{x \left(x^{2} - 4 x + 4\right)}{\left(- x - 3\right) \left(x^{2} - 1\right)}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar