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Análisis Matemático (72) · Unidad 5 — Regla de L'Hôpital. Polinomio de Taylor

L'Hôpital con parámetros y en las asíntotas

Con L'Hôpital las asíntotas de funciones con logaritmos, exponenciales y senos se buscan igual que antes: un 0/0 que da un número es un hueco, no una asíntota, y en el infinito la regla dice quién crece más rápido. Un parámetro se despeja derivando con él adentro; y para que haya asíntota vertical, el numerador NO se tiene que anular.

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La explicación

Asíntotas verticales: el 0/0 que resulta hueco

El método es el de la unidad 3: los candidatos son los bordes del dominio, y en cada uno se calculan los laterales. Lo nuevo es que ahora los 0/0 con ln, eˣ o sen también se pueden resolver. En f(x) = ln(x − 1)/(x − 2):

x → 2: ln 1/0 = 0/0
L'H: (1/(x − 1))/1 → 1

Da un número: en x = 2 hay un hueco, no una asíntota. En cambio, en el borde del dominio del logaritmo, x → 1⁺, arriba ln(x − 1) → −∞ y abajo x − 2 → −1: el cociente va a +∞, y x = 1 sí es asíntota vertical.

Con senos pasa lo mismo: sen(3x)/(x² + 2x) en x = 0 es 0/0 y L'Hôpital da 3cos(3x)/(2x + 2) → 3/2 (hueco); en x = −2 es sen(−6)/0, un número distinto de 0 sobre 0, y hay asíntota.

Asíntotas horizontales: quién crece más rápido

En el infinito, la regla ordena las funciones: ln x ≪ xp ≪ eˣ. Así:

2 + ln x/x: ln x/x → (1/x)/1 → 0
asíntota y = 2

Con exponenciales, los dos infinitos suelen dar distinto. En (5eˣ − x)/(eˣ + x²):

Dos horizontales: y = 5 hacia la derecha e y = 0 hacia la izquierda.

El parámetro que hace finito un 0/0

Si piden a para que un límite sea un número, se aplica la regla con a adentro. A veces alcanza con una vez: límx→0 (eax − e−x)/x da (a eax + e−x)/1 → a + 1, y se iguala. Otras veces la primera derivada da un número sobre 0, y la única forma de que el límite sea finito es que ese número también sea 0:

(sen(ax) − 3x)/x³ → (a cos(ax) − 3)/(3x²)
en x = 0: (a − 3)/0

Para que no se dispare, a − 3 = 0: a = 3. Recién ahí se sigue derivando: (−9 sen(3x))/(6x) → (−27 cos(3x))/6 → −9/2. Es el mismo razonamiento de 3.3 («si abajo va a 0, arriba también»), aplicado a cada paso de la regla.

El parámetro para que haya asíntota vertical

Acá es al revés: para que x = a sea asíntota, el denominador tiene que anularse en a y el numerador no. Si el numerador también se anulara, sería un 0/0 y podría ser un hueco. En (ex − 2 − k)/(x² − 4), en x = 2 el numerador vale 1 − k:

El procedimiento para las asíntotas:
1. Dominio: ceros de denominadores, borde de cada logaritmo.
2. En cada candidato: si es k/0 (k ≠ 0), asíntota; si es 0/0, L'Hôpital: un número es hueco, ±∞ es asíntota.
3. En +∞ y en −∞ por separado: reemplazar si se puede, L'Hôpital si es ∞/∞ o 0/0, «acotada por cero» si hay senos.
4. La lista con ecuaciones, diciendo de qué lado es cada horizontal.

El control que conviene hacer siempre

Con el parámetro hallado, evaluá la función cerca del punto: con a = 3, (sen(3x) − 3x)/x³ en x = 0,01 da ≈ −4,4997, cerca de −9/2. Si te hubiera dado un número enorme, el parámetro estaba mal.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Hallar el dominio y las asíntotas de f(x) = ln(x − 1)/(x − 2).

Dominio: x − 1 > 0 y x ≠ 2, o sea Dom(f) = (1, 2) ∪ (2, +∞).

x = 2 (cero del denominador). Arriba ln(1) = 0: es 0/0.

L'H: (1/(x − 1))/1 → 1/1 = 1

Límite finito: en x = 2 hay un hueco, no una asíntota.

x = 1 (borde del logaritmo). Sólo se llega por derecha. ln(x − 1) → −∞ y x − 2 → −1:

(−∞)/(−1) → +∞

x = 1 es asíntota vertical.

En +∞ es ∞/∞: (1/(x − 1))/1 → 0. y = 0 es asíntota horizontal (hacia la derecha; hacia la izquierda la función no está definida).

Control: f(1,001) = ln(0,001)/(−0,999) ≈ 6,9 y f(1,0001) ≈ 9,2: crece al acercarse a 1 ✔. f(2,001) = ln(1,001)/0,001 ≈ 0,9995 ✔

Dónde se pierde el punto: dar x = 2 como asíntota por ser cero del denominador, y no mirar el borde x = 1, donde no hay denominador que se anule.

Y uno del nivel del parcial

a) Hallar a para que lím x→0 (sen(ax) − 3x)/x³ sea un número, y calcularlo. b) Hallar las asíntotas de g(x) = sen(3x)/(x² + 2x).

a) El parámetro, paso por paso. Para cualquier a es 0/0. Primera aplicación:

(a cos(ax) − 3)/(3x²) → (a − 3)/0

Si a ≠ 3 se dispara. Tiene que ser a = 3, y entonces sigue siendo 0/0:

(−9 sen(3x))/(6x) → 0/0
(−27 cos(3x))/6 → −9/2

b) Asíntotas de g. Dom(g) = ℝ − {−2, 0}.

En x = 0 es 0/0: L'H da 3cos(3x)/(2x + 2) → 3/2. Hueco. En x = −2, arriba sen(−6) ≈ 0,28 ≠ 0 y abajo 0: x = −2 es asíntota vertical.

En ±∞: el seno está acotado y el denominador crece, así que g → 0. y = 0 es asíntota horizontal de los dos lados.

Control: con a = 3, en x = 0,01: (sen(0,03) − 0,03)/0,000001 ≈ −4,4997 ✔

Dónde se pierde el punto: en a), igualar (a − 3)/0 a −9/2 o aplicar la regla una sola vez; en b), dar x = 0 como asíntota.

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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