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Bachillerato

Asíntotas verticales, horizontales y oblicuas

Una asíntota es una recta que describe una tendencia. A veces la entrada se acerca a un número y las salidas crecen sin cota; otras veces la entrada se aleja y la gráfica se aproxima a una recta. Vamos a distinguir esas preguntas con límites y dibujos.

1. Primero distinguimos qué cantidad se está acercando y cuál crece

Una vertical x=a se relaciona con f(x) que diverge cuando x se acerca a una entrada finita a. Una horizontal y=L o una oblicua y=mx+b se relaciona con el error respecto a esa recta cuando x tiende a +∞ o −∞.

Vertical y horizontal describen aproximaciones diferentes
f(x)=1+2/(x−1)x=1y=1Vertical: x se acerca a 1.Horizontal: |x| crece sin cota.
Gráfica de uno más dos entre x menos uno, con x distinto de uno. Una recta discontinua vertical marca x uno: desde la izquierda la función diverge a menos infinito y desde la derecha a más infinito. La discontinua horizontal marca salida uno: cuando x tiende a cualquiera de los dos infinitos, el término dos entre x menos uno tiende a cero. Los ejes comparten treinta y cinco unidades de dibujo por unidad real. La figura está recortada y las curvas continúan; los límites, no el borde del dibujo, justifican las asíntotas.

Se estudia cada dirección por separado. La función puede oscilar, cambiar de lado o cruzar la recta y seguir teniendo esa asíntota. No se define por lo que parece en una ventana finita.

Una misma función muestra dos preguntas

f(x)=1+2/(x−1).

  1. Cerca de uno

    El denominador se acerca a cero y el cociente crece sin cota con signo lateral.

  2. Lejos

    Cuando |x| crece, 2/(x−1) tiende a cero.

  3. Rectas

    x=1 es vertical; y=1 horizontal en ambos extremos.
Resultado

La primera fija una entrada; la segunda fija una altura de llegada.

Lo comprobamos

No se intercambian x=1 e y=1.

Una recta oblicua se comprueba restándola

g(x)=2x−1+3/x, x≠0.

  1. Candidata

    y=2x−1.
  2. Error

    g(x)−(2x−1)=3/x.
  3. Extremos

    Ese error tiende a cero en +∞ y −∞.

Resultado

La recta es oblicua en ambos extremos.

Lo comprobamos

Su pendiente es dos, distinta de cero.

2. Para una vertical basta una divergencia lateral

x=a es asíntota vertical si al menos un límite lateral de f cuando x→a vale +∞ o −∞. Los lados pueden tener signos distintos, o existir solo uno dentro del dominio.

Asignar un valor aislado en a no cambia esos límites, que usan entradas distintas de a. Lo decisivo es la divergencia cercana, no simplemente que f(a) esté sin definir.

Los dos lados pueden alejarse en sentidos opuestos

f(x)=1+2/(x−1).

  1. Izquierda

    x−1 es negativo y pequeño: f(x)→−∞.
  2. Derecha

    x−1 es positivo y pequeño: f(x)→+∞.
  3. Recta

    Los dos comportamientos justifican x=1 como vertical.

Resultado

No es necesario un mismo infinito bilateral.

Lo comprobamos

Sumar uno no elimina la divergencia del cociente.

Una función puede llegar solo por un lado

f(x)=ln(x−2).

  1. Dominio

    x>2: cerca de dos solo hay entradas por la derecha.

  2. Límite

    x−2→0⁺ implica ln(x−2)→−∞.
  3. Conclusión

    x=2 es vertical sin exigir una llegada izquierda fuera del dominio.

Resultado

Una divergencia lateral permitida es suficiente.

Lo comprobamos

Si se añadiera un valor aislado en dos, este no modificaría esa llegada.

3. Un denominador cero puede dejar una vertical o un hueco

En una racional, los ceros del denominador son candidatos que requieren estudiar el cociente. Si el numerador no se anula, aparece divergencia. Si se anulan ambos, factorizamos antes de concluir.

Un límite finito después de cancelar describe un hueco, no una vertical. Si quedan factores de denominador que se anulan con mayor orden, la divergencia puede persistir. Las exclusiones originales se conservan al simplificar.

Una cancelación deja altura finita

f(x)=(x²−4)/(x−2).

  1. Dominio

    x≠2.
  2. Factorizar

    f=(x−2)(x+2)/(x−2)=x+2 para x≠2.
  3. Límite

    Al acercarse a dos tiende a cuatro: hueco, no vertical.

Resultado

La sustitución 0/0 no era suficiente para decidir.

Lo comprobamos

La función original sigue sin estar definida en dos.

Una copia de denominador permanece

g(x)=(x²−4)/(x−2)².

  1. Cancelar una copia

    g=(x+2)/(x−2), x≠2.
  2. Cerca de dos

    El numerador se acerca a cuatro, no a cero.

  3. Divergencia

    Queda una vertical x=2, con signos opuestos según el lado.

Resultado

No se borran dos copias con un solo factor.

Lo comprobamos

El orden de anulación distingue este caso del anterior.

4. Una horizontal describe un límite finito y puede cruzarse

y=L es horizontal en un extremo si f(x)→L allí, con L real finito. Equivale a f(x)−L→0. +∞ y −∞ se comprueban por separado y pueden dar distintas alturas.

Cruzar la recta en una entrada no contradice el límite. Una función también puede cruzarla muchas veces mientras su error se hace pequeño. No se exige acercamiento monótono ni permanecer siempre por un lado.

Cruzar y seguir aproximándose

f(x)=(x−1)/(x²+1).

  1. Límite

    Dividir por x² muestra que tiende a cero en ambos extremos.

  2. Cruce

    f(1)=0: pasa por la horizontal y=0.
  3. Justificación

    Para |x|≥1, |f(x)|≤2/|x|, que tiende a cero.
Resultado

La horizontal sí puede tocarse y cruzarse.

Lo comprobamos

El numerador cambia de signo en uno y el denominador siempre es positivo.

Los dos extremos pueden tener alturas diferentes

h(x)=x/√(x²+4).

  1. Reescribir

    h=(x/|x|)/√(1+4/x²) para x≠0.
  2. Extremo positivo

    x/|x|=1: límite uno.
  3. Extremo negativo

    x/|x|=−1: límite menos uno.
Resultado

Horizontal y=1 en +∞ y y=−1 en −∞.

Lo comprobamos

No se sustituye √(x²) por x en el extremo negativo.

5. Para una oblicua no basta encontrar una pendiente

Si f(x)−(mx+b)→0 con m≠0, y=mx+b es oblicua.

Podemos buscar m=lim f(x)/x y después b=lim[f(x)−mx], siempre en el mismo extremo.

No basta una pendiente parecida: el error con la recta debe desaparecer
f(x)=2x−1+3/xy=2x−1Error: f(x)−(2x−1)=3/xx=10: 0,3; x=100: 0,03El error tiende a 0 en ambos extremos.
Gráfica azul de dos x menos uno más tres entre x y recta verde discontinua dos x menos uno. Comparten escalas horizontal veinticinco y vertical doce unidades de dibujo por unidad real. La diferencia exacta es tres entre x, que tiende a cero en ambos extremos; en diez vale cero coma tres y en cien cero coma cero tres. Cerca del origen la aproximación puede ser mala. La función también tiene una vertical en cero, aunque esta figura destaca la comparación oblicua. La recta se comprueba restándola, no solo comparando inclinaciones en una ventana finita.

El primer límite solo propone una pendiente. Hace falta que el segundo sea finito.

Si m=0 y b es finito, la recta resultante es horizontal.

Si el error final no desaparece, no hemos encontrado una recta asíntota.

Una separación exacta muestra el error

f(x)=2x−1+3/x.

  1. Pendiente

    f(x)/x=2−1/x+3/x²→2.
  2. Ordenada

    f(x)−2x=−1+3/x→−1.
  3. Verificar

    f(x)−(2x−1)=3/x→0.
Resultado

Oblicua y=2x−1 en ambos extremos.

Lo comprobamos

El término que desaparece también cuantifica el error.

Una pendiente candidata sin ordenada finita

g(x)=x+√x en [0,∞).

  1. Pendiente

    g(x)/x=1+1/√x→1 en +∞.
  2. Diferencia

    g(x)−x=√x→+∞.
  3. Conclusión

    No existe b finito: no hay una recta oblicua y=x+b.

Resultado

Una tasa relativa parecida no basta.

Lo comprobamos

Restar cualquier constante a √x seguiría sin dar límite cero.

6. En racionales los grados explican atajos, no sustituyen el razonamiento

Si el numerador tiene menor grado que el denominador, la horizontal es y=0. Si sus grados coinciden, es el cociente de coeficientes principales. Se ve dividiendo por la potencia mayor del denominador.

Si el grado superior excede en uno, la división polinómica produce una parte lineal más un resto que tiende a cero. Con diferencia mayor puede aparecer una aproximación polinómica curva, que no es una asíntota oblicua recta.

Dos cocientes con horizontales distintas

Comparar (3x+2)/(x²+1) y (5x²+2)/(2x²−1).

  1. Primer cociente

    Al dividir por x², numerador tiende a cero y denominador a uno: límite cero.

  2. Segundo

    Al dividir por x² queda (5+2/x²)/(2−1/x²): límite 5/2.

  3. Extremos

    En ambas direcciones se obtienen esas mismas alturas.

Resultado

Las horizontales son y=0 e y=5/2.

Lo comprobamos

Las posibles singularidades finitas son otra comprobación.

La división decide si la aproximación es una recta

Comparar (2x²+x+4)/(x+1) con (x³+1)/x.

  1. Primera

    Dividir da 2x−1+5/(x+1): oblicua y=2x−1.
  2. Segunda

    Da x²+1/x: el error respecto a x² tiende a cero.

  3. Nombre

    x² es una parábola de aproximación, no una oblicua recta.

Resultado

La diferencia de grados anticipa la forma del cociente.

Lo comprobamos

En ambos casos se comprueba el resto dividido, no solo el grado.

7. Revisamos cada extremo y cada frontera del dominio

Una función puede tener varias componentes de dominio y muchas verticales.

La tangente tiene x=π/2+kπ para enteros k.

Una racional solo tiene un número finito de candidatos, entre las raíces de su denominador.

La función √(x²+9) crece como |x|: puede aproximarse a rectas distintas en los dos extremos. Las raíces y logaritmos también pueden tener fronteras con aproximación de un solo lado.

Una raíz que obliga a separar signos

Buscar rectas para f(x)=√(x²+9).

  1. En +∞

    f−x=9/[√(x²+9)+x]→0: recta y=x.
  2. En −∞

    f+x=9/[√(x²+9)−x]→0: recta y=−x.
  3. Motivo

    Los dos denominadores crecen positivamente en su extremo correspondiente.

Resultado

No hay una única recta que sirva igual en ambas direcciones.

Lo comprobamos

La racionalización verifica exactamente cada error.

Una familia infinita de verticales

Estudiar tanx=sinx/cosx.

  1. Candidatos

    cosx=0 en π/2+kπ.
  2. Numerador

    Allí sinx es ±1, no cero.

  3. Laterales

    El denominador se acerca a cero con signo: hay divergencia en esos puntos.

Resultado

Cada una de esas rectas x=π/2+kπ es vertical.

Lo comprobamos

No se confunden los ceros del seno con los del denominador.

8. La comprobación final controla el error, no solo la apariencia

Para una vertical revisamos el término que diverge y su signo lateral. Para una horizontal u oblicua restamos la recta y demostramos que el error tiende a cero.

Una asíntota describe un extremo y puede ser mala aproximación cerca del origen o de un polo. Los cortes, extremos y signos de la curva siguen siendo datos adicionales. Una ventana gráfica no sustituye una prueba de límite.

Convertir el error en una tolerancia concreta

Usar f(x)=2x−1+3/x.

  1. Error exacto

    |f(x)−(2x−1)|=3/|x|.
  2. Pedir menos de 0,01

    3/|x|<0,01 exige |x|>300.
  3. Interpretar

    A partir de esas entradas la diferencia vertical con la recta es menor que una centésima.

Resultado

El límite permite cuantificar la aproximación.

Lo comprobamos

En x=1 el error sería tres: no tiene por qué ser buena allí.

Un valor aislado no elimina una vertical

Definir g(x)=1/x para x≠0 y g(0)=7.

  1. Punto

    La función sí tiene un valor en cero.

  2. Llegadas

    Al acercarse a cero por entradas no nulas, 1/x diverge con los signos laterales.

  3. Recta

    x=0 sigue siendo una asíntota vertical.
Resultado

No se usa estar sin definir como definición de asíntota.

Lo comprobamos

La asignación puntual y el comportamiento cercano son datos distintos.

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Un cociente sencillo

Encuentra las asíntotas de f(x)=(2x+1)/(x−3).

  1. Dominio

    x≠3.
  2. Dividir

    (2x+1)/(x−3)=2+7/(x−3).
  3. Vertical

    En tres queda numerador del resto siete: la función diverge lateralmente.

  4. Horizontal

    Cuando x→±∞, 7/(x−3)→0.
  5. Resultado

    x=3 vertical; y=2 horizontal en ambos extremos.
  6. Verificar

    f−2=7/(x−3) es el error exacto que desaparece en infinito.
Resultado

Vertical x=3; horizontal y=2.

Lo comprobamos

El límite de f−2 es cero.

EJEMPLO RESUELTO 2

Una oblicua

Halla la asíntota de f(x)=(x²+1)/x.

  1. Dominio

    x≠0.
  2. Separar

    (x²+1)/x=x+1/x.
  3. Oblicua

    Restar y=x deja 1/x→0 en ambos extremos.
  4. Vertical

    En cero, el numerador original tiende a uno y el denominador a cero.

  5. Resultado

    Oblicua y=x y vertical x=0.
  6. Verificar

    La primera describe infinito; la segunda la aproximación a una entrada finita.

Resultado

Oblicua y=x; vertical x=0.

Lo comprobamos

La recta oblicua cumple exactamente la definición de error que tiende a cero.

Los símbolos que hemos usado

x=a
Posible recta asíntota vertical.
y=L
Posible asíntota horizontal de altura finita L.
y=mx+b
Posible asíntota oblicua con pendiente m≠0.
x→a⁻,x→a⁺
Aproximaciones laterales al punto a.
f(x)−(mx+b)
Error vertical respecto a una recta candidata.
±∞
Tendencias sin cota, que no son valores reales de salida.

Ahora te toca a ti.

Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.

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