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Análisis Matemático I (66) · Unidad 2 — Límites y continuidad

Continuidad

Una función es continua en un punto si el límite existe, el punto está en el dominio, y los dos coinciden. Las tres condiciones son distintas y cada una puede fallar sola.

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La explicación

Las tres condiciones

f es continua en x = a cuando se cumplen las tres, en este orden:

1. f(a) existe (a está en el dominio).
2. el límite existe (los dos laterales existen y coinciden).
3. coinciden entre sí: el límite vale exactamente f(a).

Fallar en cualquiera de las tres alcanza para que sea discontinua, y cuál falla es lo que define el tipo. Por eso la pregunta "¿es continua?" siempre se responde revisando las tres, no una.

La intuición: continua significa que el gráfico se dibuja sin levantar el lápiz. Todo lo demás es la manera precisa de decir eso.

Clasificar la discontinuidad

Con los nombres hay que tener cuidado porque los libros no se ponen de acuerdo: vas a encontrar alguno que llame «esencial de primera especie» al salto. Acá, y en todos los ejercicios, esencial quiere decir la de segunda especie: la del lateral infinito o inexistente. Si es un escalón, la respuesta es «de salto».

En una función racional, esto es exactamente la distinción entre agujero y asíntota de la unidad 1, con una precisión que conviene no saltearse: simplificá primero y después mirá el denominador que quedó. Si ya no se anula en ese punto, la discontinuidad es evitable; si todavía se anula, es esencial. Decir «se cancela, entonces es evitable» alcanza cuando el factor aparece una sola vez abajo, pero falla con los repetidos: en (x − 2)/(x − 2)² el factor se cancela y aun así abajo queda (x − 2), o sea asíntota vertical, no agujero.

Qué funciones son continuas, para no probar de más

Son continuas en todo su dominio: polinomios, racionales, raíces, exponenciales, logarítmicas, seno y coseno. Y el álgebra de funciones continuas dice que la suma, el producto, el cociente (donde no se anule el denominador) y la composición de continuas es continua.

Consecuencia práctica: no hay que analizar punto por punto. En una función definida por partes, cada rama suele ser continua por sí sola, y el único trabajo real está en los puntos donde cambia la fórmula. Decirlo explícitamente es parte de la respuesta esperada.

Continuidad en un intervalo, y los bordes

En los extremos de un intervalo cerrado sólo se pide el lateral que tiene sentido: continuidad por derecha en el extremo izquierdo y por izquierda en el derecho. Esto importa porque los teoremas fuertes — Bolzano, el del valor intermedio, y más adelante Weierstrass — piden continuidad en un cerrado, y si te olvidás de los bordes la hipótesis no está verificada.

Hallar parámetros para que sea continua

Es el ejercicio clásico. En cada punto de empalme se plantea:

límite por izquierda = límite por derecha = valor de la función

Cada punto de empalme da una ecuación. Con dos parámetros y dos empalmes, normalmente cada ecuación resuelve uno y no hace falta sistema; si los dos parámetros aparecen en la misma rama, sí hay que armar el sistema.

Dos avisos:
1. Fijate bien qué rama define el valor en el punto de empalme: el que tiene el ≤ o el ≥. Si ninguna lo incluye, la función ni siquiera está definida ahí y no hay parámetro que la salve.
2. Puede no haber solución. Si te queda 2 = 3, la respuesta correcta es "no existen valores que la hagan continua", y eso también es una respuesta.
Un ejercicio resuelto, paso a paso

Analizar la continuidad de f(x) = (x² − 1)/(x² − x − 2), clasificar cada discontinuidad y decir cuáles se pueden evitar.

Paso 1: el dominio. Factorizo el denominador:

x² − x − 2 = (x − 2)(x + 1)
Dom(f) = ℝ − {2, −1}

Como es un cociente de polinomios, en todo el resto es continua por el álgebra de funciones continuas. Sólo hay que mirar esos dos puntos.

Paso 2: factorizar también arriba.

x² − 1 = (x − 1)(x + 1)
f(x) = (x − 1)(x + 1) / ((x − 2)(x + 1))

El factor (x + 1) está arriba y abajo: se cancela. El (x − 2) no.

Paso 3: x = −1. Como el factor se cancela, el límite existe. Lo calculo con la expresión simplificada:

límx→−1 (x − 1)/(x − 2) = (−2)/(−3) = 2/3

El límite existe y vale 2/3, pero f(−1) no existe. Falla la primera condición, no la segunda.

En x = −1: discontinuidad EVITABLE

Y se evita de verdad: definiendo f(−1) = 2/3 la función queda continua ahí. Ése es todo el contenido de la palabra "evitable".

Paso 4: x = 2. Acá el factor no se cancela, así que el denominador se anula con numerador distinto de cero. Los laterales:

x → 2⁻: (x−1)/(x−2) → 1/0⁻ = −∞
x → 2⁺: (x−1)/(x−2) → 1/0⁺ = +∞
En x = 2: discontinuidad ESENCIAL (asíntota vertical x = 2)

No se arregla con ningún valor: no hay número que uno pueda asignarle a f(2) para pegar dos ramas que se van a infinitos opuestos.

Control numérico. Cerca de −1 la función vale casi 2/3 de los dos lados (en x = −1,001 da 0,6668 y en x = −0,999 da 0,6666) ✔ Cerca de 2 se dispara: en x = 1,999 da −999 y en x = 2,001 da 1001 ✔

Lo que hay que poder decir. Los dos puntos salen de "el denominador se anula", y sin embargo uno es un agujero de un solo punto y el otro una asíntota. Lo que los separa es si el factor se cancela o no, y eso se ve factorizando, no evaluando.

Y uno del nivel del parcial

Hallar a y b para que f sea continua en todo ℝ, siendo f(x) = (x² − 4)/(x − 2) si x < 2; f(x) = a·x + b si 2 ≤ x ≤ 5; y f(x) = (x² − 25)/(x − 5) si x > 5. Decir además qué tipo de discontinuidad quedaría en x = 2 si fuera a = 1 y b = 1.

La función ya es continua en casi todos lados. Cada trozo por separado es continuo donde se usa: las dos racionales tienen su problema en 2 y en 5 respectivamente, pero ahí no se las usa (la primera vale solo para x < 2, la tercera solo para x > 5). Los únicos puntos en duda son los empalmes: x = 2 y x = 5.

Continuidad en un punto pide tres cosas: que exista f(x₀), que exista el límite, y que sean iguales. Se plantea en cada empalme.

Empalme en x = 2. Por izquierda llega la racional, que se simplifica:

límx→2⁻ (x² − 4)/(x − 2) = lím (x − 2)(x + 2)/(x − 2) = lím (x + 2) = 4

Por derecha, y en el punto mismo, manda la recta: f(2) = 2a + b. Para que peguen:

2a + b = 4 … (I)

Empalme en x = 5. Por derecha llega la otra racional:

límx→5⁺ (x² − 25)/(x − 5) = lím (x + 5) = 10

Por izquierda, y en el punto, manda la recta: f(5) = 5a + b. Entonces:

5a + b = 10 … (II)

El sistema, restando (I) de (II):

3a = 6 → a = 2
2·2 + b = 4 → b = 0

El trozo del medio es f(x) = 2x, y el control es reemplazar en las dos condiciones: 2·2 = 4 ✓ y 2·5 = 10 ✓.

Lo que hay que ver. Las dos racionales tenían una discontinuidad evitable escondida —en x = 2 y en x = 5— y el ejercicio usa justamente el valor que «faltaba» para pegar la recta. La recta y = 2x pasa por (2, 4) y por (5, 10), que son exactamente los dos agujeros.

La segunda pregunta: con a = 1 y b = 1. Ahí la recta es y = x + 1, y en x = 2:

límx→2⁻ f(x) = 4
f(2) = 2 + 1 = 3 y límx→2⁺ f(x) = 3

Los dos límites laterales existen, son finitos y son distintos: eso es una discontinuidad de salto finito, de amplitud 4 − 3 = 1. No es evitable: no hay forma de redefinir f(2) que arregle las dos puntas a la vez.

Dónde se pierde el punto: plantear la continuidad reemplazando x = 2 en la racional. No se puede: ahí da 0/0. El límite lateral se calcula simplificando primero, y ese número es el que tiene que igualar la recta.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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