Math Problem Statement

Seja f a função de domínio R, definida por: ((Raiz quadrada de x^2+3)-2)/x-1, quando x<1; 1/2 quando x=1; (x^2+2x-3)/(8x-8) quando x>1. a) Estude a continuidade da função f em R. b)Estude a função f quanto a existência de assintota horizontal no seu gráfico quando x tende para menos infinito, e caso exista escreva a sua equação.

Solution

Vamos resolver a questão por partes:


a) Estudo da continuidade da função f(x)f(x):

A função f(x)f(x) é definida em três partes:

  1. Para x<1x < 1: f(x)=x2+32x1f(x) = \frac{\sqrt{x^2 + 3} - 2}{x - 1}
  2. Para x=1x = 1: f(x)=12f(x) = \frac{1}{2}
  3. Para x>1x > 1: f(x)=x2+2x38x8f(x) = \frac{x^2 + 2x - 3}{8x - 8}

Para estudar a continuidade em R\mathbb{R}, analisamos os limites laterais e a igualdade da função nos pontos críticos, isto é, nos pontos x=1x = 1 onde a definição de f(x)f(x) muda.

Passo 1: Continuidade em x=1x = 1:

Verificamos os limites laterais e comparamos com o valor da função em x=1x = 1.

  • Limite lateral quando x1x \to 1^-: limx1f(x)=limx1x2+32x1\lim_{x \to 1^-} f(x) = \lim_{x \to 1^-} \frac{\sqrt{x^2 + 3} - 2}{x - 1} Substituímos u=x1u = x - 1, com u0u \to 0^-, então x=u+1x = u + 1: limu0(u+1)2+32u\lim_{u \to 0^-} \frac{\sqrt{(u+1)^2 + 3} - 2}{u} Para simplificar, multiplicamos numerador e denominador pelo conjugado (u+1)2+3+2\sqrt{(u+1)^2 + 3} + 2: limu0(u+1)2+34u((u+1)2+3+2)\lim_{u \to 0^-} \frac{(u+1)^2 + 3 - 4}{u \cdot (\sqrt{(u+1)^2 + 3} + 2)} No numerador, (u+1)2+34=u2+2u(u+1)^2 + 3 - 4 = u^2 + 2u, e fatoramos: limu0u(u+2)u((u+1)2+3+2)=limu0u+2(u+1)2+3+2\lim_{u \to 0^-} \frac{u(u + 2)}{u \cdot (\sqrt{(u+1)^2 + 3} + 2)} = \lim_{u \to 0^-} \frac{u + 2}{\sqrt{(u+1)^2 + 3} + 2} Substituímos u=0u = 0: limx1f(x)=0+2(1)2+3+2=22+2=12.\lim_{x \to 1^-} f(x) = \frac{0 + 2}{\sqrt{(1)^2 + 3} + 2} = \frac{2}{2 + 2} = \frac{1}{2}.

  • Limite lateral quando x1+x \to 1^+: limx1+f(x)=limx1+x2+2x38x8\lim_{x \to 1^+} f(x) = \lim_{x \to 1^+} \frac{x^2 + 2x - 3}{8x - 8} Fatorando: f(x)=(x1)(x+3)8(x1)=x+38,x1.f(x) = \frac{(x - 1)(x + 3)}{8(x - 1)} = \frac{x + 3}{8}, \quad x \neq 1. Portanto: limx1+f(x)=1+38=48=12.\lim_{x \to 1^+} f(x) = \frac{1 + 3}{8} = \frac{4}{8} = \frac{1}{2}.

  • Valor da função em x=1x = 1: f(1)=12.f(1) = \frac{1}{2}.

Os limites laterais e o valor da função são iguais, então f(x)f(x) é contínua em x=1x = 1.

Passo 2: Continuidade para x1x \neq 1:

As expressões de f(x)f(x) em x<1x < 1 e x>1x > 1 não apresentam descontinuidades no domínio definido para cada parte. Portanto, a função é contínua em R\mathbb{R}.


b) Estudo de assíntota horizontal quando xx \to -\infty:

Analisamos os limites de f(x)f(x) nas regiões x<1x < 1 e x>1x > 1.

Para xx \to -\infty com x<1x < 1:

A função é: f(x)=x2+32x1.f(x) = \frac{\sqrt{x^2 + 3} - 2}{x - 1}. Quando xx \to -\infty, note que x2+3x\sqrt{x^2 + 3} \sim |x| (porque x2+3x2x^2 + 3 \sim x^2): f(x)x2x.f(x) \sim \frac{|x| - 2}{x}. Como x=x|x| = -x para x<0x < 0: f(x)x2x=12x.f(x) \sim \frac{-x - 2}{x} = -1 - \frac{2}{x}. Portanto: limxf(x)=1.\lim_{x \to -\infty} f(x) = -1.

Existe uma assíntota horizontal em y=1y = -1 quando xx \to -\infty.


Resposta Final:

  1. Continuidade: A função f(x)f(x) é contínua em todo o R\mathbb{R}.
  2. Assíntota horizontal: Existe uma assíntota horizontal em y=1y = -1 quando xx \to -\infty.

Dúvidas ou deseja um detalhamento maior em algum ponto?

Questões Relativas:

  1. Como determinar assíntotas horizontais em outras situações?
  2. Qual a diferença entre continuidade e diferenciabilidade?
  3. Como o domínio da função influencia a continuidade?
  4. Por que usamos o conjugado ao calcular limites envolvendo raízes?
  5. Como analisar limites no infinito para funções racionais e irracionais?

Dica: Para estudar continuidade, sempre observe os pontos de transição onde a função muda de definição!

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Continuity of functions
Horizontal asymptotes
Limits
Piecewise functions

Formulas

Limit definition of continuity: lim(x→c) f(x) = f(c)
Conjugate multiplication for rationalizing: (a - b)(a + b) = a^2 - b^2
Factoring quadratics: ax^2 + bx + c = (px + q)(rx + s)

Theorems

Definition of continuity at a point
Limits at infinity for rational functions

Suitable Grade Level

Grades 11-12