
Funciones reales IV
Explorarás funciones racionales, exponenciales, logarítmicas y otras, y aprenderás a graficarlas, hallar dominio, asíntotas y resolver desigualdades y problemas aplicados.
Ruta de estudio
Estudia a tu ritmo
El contenido cambia según tu experiencia, pero tu progreso queda separado y nunca se pierde.
El porqué del tema
¿Para qué estudiamos este tema?
En el tema anterior aprendiste a trabajar con funciones lineales, cuadráticas y valor absoluto. Viste que una función no es solo una fórmula: es una regla que transforma valores de entrada en valores de salida, y que su gráfica permite leer información importante: dónde crece, dónde decrece, dónde corta los ejes, cuál es su máximo o mínimo.
En este tema ampliamos el catálogo de funciones reales que aparecen constantemente en los exámenes de admisión: la función inverso multiplicativo, las funciones racionales, las funciones potenciales, las polinomiales, las funciones con radicales, las exponenciales y las logarítmicas.
¿Para qué sirven? Porque los problemas de la vida real y los de admisión rara vez se quedan en lo lineal. Una empresa que modela su ingreso mediante una función cuadrática, un cultivo de bacterias que crece exponencialmente, una relación de proporcionalidad inversa entre dos magnitudes o una expresión algebraica con denominadores y raíces obligan a dominar estas funciones y sus gráficas.
Además, al hallar dominios de funciones con denominadores, radicales o logaritmos, y al resolver desigualdades exponenciales, practicarás exactamente el tipo de razonamiento que necesitarás en el próximo tema, «Sistemas de inecuaciones lineales». Por eso este capítulo no es un simple recetario de curvas: es la base para leer, transformar y resolver problemas con funciones.
Objetivo del tema: que al terminar puedas
- identificar y graficar las funciones notables mencionadas;
- calcular dominios, rangos, asíntotas, ceros y puntos de corte;
- resolver desigualdades usando la monotonía de la exponencial o las condiciones de un logaritmo;
- modelar y resolver problemas de máximos y mínimos cuadráticos.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Solo recordemos tres herramientas que ya usaste en el tema anterior y que ahora serán imprescindibles.
Función real: una relación que asigna a cada elemento de su dominio exactamente un valor . El dominio es el conjunto de valores de para los cuales la fórmula tiene sentido; el rango es el conjunto de valores que toma .
Intervalos y desigualdades: resolver una inecuación como o es parte del día a día. Recuerda que al multiplicar o dividir una desigualdad por una cantidad negativa, el sentido se invierte.
Ecuación cuadrática y vértice: para , las raíces se calculan con la fórmula cuadrática; la abscisa del vértice es .
Si dominas esas ideas, puedes avanzar sin tropiezos.
1. La función cuadrática como punto de partida
Aunque en el tema anterior estudiaste la función cuadrática, aquí la retomamos porque varias preguntas de admisión la combinan con contexto aplicado y porque es la puerta de entrada a las funciones polinomiales.
1.1 Forma canónica y vértice
Toda función cuadrática , con , puede escribirse completando cuadrados como
donde
El punto es el vértice de la parábola.
¿De dónde sale? Completar cuadrados en consiste en forzar un trinomio cuadrado perfecto. Si factorizas en los dos primeros términos:
Dentro del paréntesis, para obtener un cuadrado perfecto, sumas y restas . El resultado final lleva a la forma con .
Significado:
- Si , la parábola abre hacia arriba y el vértice es un mínimo: es el menor valor de .
- Si , la parábola abre hacia abajo y el vértice es un máximo: es el mayor valor de .
Ejemplo breve: para , se tiene , , entonces y . La función tiene un mínimo de cuando .
1.2 Máximos y mínimos en problemas de contexto
Cuando un problema dice “ingreso máximo”, “utilidad máxima” o “altura máxima”, casi siempre se refiere al vértice de una función cuadrática. El procedimiento es:
- Identificar la variable independiente y la función a optimizar .
- Verificar que sea cuadrática.
- Calcular .
- Evaluar para obtener el valor máximo o mínimo.
Ejemplo breve: si , el vértice tiene y . Como , ese valor es máximo.
1.3 Intersección de gráficas
Para hallar los puntos de intersección de dos funciones y , se resuelve el sistema
que equivale a igualar . Cada solución de esa ecuación produce un punto .
Ejemplo breve: si y , igualamos . Al cancelar queda , es decir, . Las soluciones son y ; los puntos de corte son y . La suma de sus coordenadas sería .
1.4 Determinación de una función cuadrática por condiciones
Si se conocen tres puntos por los que pasa una función cuadrática , se puede plantear un sistema de tres ecuaciones lineales en , y .
Ejemplo breve: si , y , entonces
Sustituyendo , se obtiene y . Sumando, , y . Por tanto, .
2. Funciones racionales y función inverso multiplicativo
Las funciones racionales aparecen cuando una expresión tiene un denominador con variable. Para entenderlas, empezamos por la más simple.
2.1 La función inverso multiplicativo
Considera . Si intentamos evaluar en , no se puede: no existe división entre cero. Por tanto, su dominio es .
Su comportamiento es de proporcionalidad inversa: cuando crece, se acerca a 0; cuando se acerca a 0 por la derecha, crece sin límite; por la izquierda, decrece sin límite.
La gráfica de es una hipérbola equilátera con dos ramas:
- una rama en el primer cuadrante para ;
- otra en el tercer cuadrante para .
Tiene dos asíntotas:
- la recta vertical (eje );
- la horizontal (eje ).
En general, , con , tiene dominio , rango y las mismas asíntotas. Si , las ramas están en el primer y tercer cuadrante; si , están en el segundo y cuarto.
Ejemplo breve: tiene , , . Su gráfica se aleja de los ejes sin tocarlos.
2.2 La función racional
Una función racional de primer grado en el numerador y primer grado en el denominador tiene la forma
con y (esta última condición evita que se simplifique a una constante).
Dominio: el denominador no puede ser cero:
Por tanto, el dominio es .
Asíntota vertical (AV): es la recta
porque al acercarse a ese valor, el denominador tiende a cero y la función tiende a .
Asíntota horizontal (AH): como los grados del numerador y denominador son iguales (ambos 1), la asíntota horizontal es el cociente de los coeficientes principales:
Intersecciones:
- con el eje : se evalúa , siempre que ;
- con el eje : se resuelve , es decir, , siempre que .
Ejemplo breve: para ,
- dominio: ;
- AV: ;
- AH: ;
- intersección con : ;
- raíz: .
Para graficar, marcamos las asíntotas, los cortes y evaluamos el signo en los intervalos determinados por y . La gráfica es una hipérbola con dos ramas, una a la izquierda de y otra a la derecha.
Gráfica de f(x) = (3x - 6)/(x + 2) con asíntotas x = -2 y y = 3
3. Funciones potenciales y polinomiales
3.1 Función potencial
Una función potencial es aquella cuya regla es , con , . Sus gráficas dependen de si es par o impar.
Caso par ():
- dominio: ;
- rango: ;
- simétrica respecto al eje , porque ;
- la gráfica pasa por , y ;
- a medida que crece, la curva se aplana más cerca del origen y sube más pronunciadamente para .
Ejemplo: es una parábola; tiene forma similar pero más “achatada” en el origen.
Caso impar ():
- dominio: ;
- rango: ;
- simétrica respecto al origen, porque ;
- la gráfica pasa por , y ;
- si crece, el comportamiento se acentúa.
Ejemplo: es la cúbica clásica.
Gráficas de las funciones potenciales y=x² (n par) y y=x³ (n impar)
3.2 Función polinomial factorizada y multiplicidad
Una función polinomial de grado puede factorizarse como
donde y son sus raíces reales.
Raíces: son los valores donde . Gráficamente, son los cortes con el eje .
Forma de los extremos: el signo de y la paridad de determinan el comportamiento de la gráfica cuando :
- par y : ambos extremos hacia arriba.
- par y : ambos extremos hacia abajo.
- impar y : la gráfica baja a la izquierda y sube a la derecha.
- impar y : la gráfica sube a la izquierda y baja a la derecha.
Multiplicidad de una raíz: si un factor aparece elevado a una potencia , se dice que es una raíz de multiplicidad .
- Si es impar (por ejemplo, , ), la gráfica cruza el eje en .
- Si es par (por ejemplo, , ), la gráfica toca el eje y “rebota”: cambia de dirección sin atravesarlo.
Ejemplo breve 1: . Aquí , (par); las raíces son y , ambas de multiplicidad 1 (impar), por lo que la gráfica cruza el eje en ambas. Como es par y , ambos extremos van hacia arriba.
Gráfica de P(x)=5(x-1)(x+2)
Ejemplo breve 2: . Raíces: de multiplicidad 2 (par), la gráfica toca y rebota en ; de multiplicidad 1 (impar), la gráfica cruza. El grado total es (impar) y , por lo que la gráfica baja a la izquierda y sube a la derecha.
Gráfica de P(x) = (x - 1)²(x + 2)
4. Funciones con radicales
La función raíz cuadrada está definida solo para . Su dominio es y su rango es .
Dominio de una función con radical de índice par: para , se exige que el radicando sea mayor o igual que cero:
Si el radical es de índice impar, como , el dominio es todo , porque las raíces cúbicas existen para números negativos, cero y positivos.
Ejemplo breve: hallar el dominio de .
Planteamos . Factorizamos:
Los puntos críticos son y . Analizamos signos en los intervalos , y . El producto es no negativo cuando ambos factores tienen el mismo signo o alguno es cero:
- en : positivo;
- en : negativo o cero;
- en : positivo.
Por tanto, el dominio es .
5. Funciones exponenciales
Imagina una colonia de bacterias que se duplica cada hora. Si inicialmente hay una cantidad , al cabo de horas habrá . Este tipo de crecimiento es modelado por una función exponencial.
Una función exponencial es de la forma
donde y .
Dominio: todos los reales, . Rango: , es decir, la función nunca toma valores negativos ni cero.
Comportamiento:
- Si , es creciente: cuando aumenta, aumenta.
- Si , es decreciente: cuando aumenta, disminuye.
Puntos clave: la gráfica siempre pasa por , porque , y por .
Igualdad de exponenciales: si , entonces , siempre que y .
Desigualdades exponenciales: la monotonía permite comparar exponentes:
- Si : .
- Si : (se invierte la desigualdad).
Ejemplo breve: resolver .
Escribimos :
Igualamos exponentes: , luego .
Ejemplo de desigualdad: resolver .
Como y la base es mayor que , conservamos la desigualdad entre exponentes:
Restamos : , es decir, . Puntos críticos y ; la solución es .
6. Funciones logarítmicas
La función logarítmica es la inversa de la exponencial:
donde , , y .
Dominio: . Rango: .
Significado: es el exponente al que hay que elevar para obtener . Por ejemplo, , porque .
Comportamiento:
- Si , es creciente.
- Si , es decreciente.
Puntos clave: la gráfica pasa por y .
Dominio de una función con logaritmo: para , se exige que su argumento sea estrictamente positivo:
Ejemplo breve: hallar el dominio de .
Planteamos , es decir, . Los puntos críticos son y ; la solución es o . Por tanto, el dominio es .
Desigualdades logarítmicas: si , ; si , la desigualdad se invierte. Siempre hay que verificar que los argumentos sean positivos.
7. Transformaciones de gráficas
Las gráficas de muchas funciones notables se pueden obtener a partir de una gráfica base mediante transformaciones sencillas. Esto es muy útil para entender dominios y rangos sin tabular muchos valores.
Dada una función :
- Traslación vertical: desplaza la gráfica unidades hacia arriba si , o hacia abajo si .
- Traslación horizontal: desplaza la gráfica unidades hacia la derecha si , o hacia la izquierda si . Observa el signo: desplaza 2 a la derecha.
- Reflexión respecto al eje : voltea la gráfica verticalmente.
- Reflexión respecto al eje : voltea horizontalmente.
- Estiramiento o compresión vertical: con estira, con comprime.
Ejemplo breve: la gráfica de es la parábola desplazada 2 unidades a la derecha; su vértice es . La de es la exponencial desplazada 3 unidades hacia arriba.
Estas transformaciones también se reflejan en el rango: si tiene rango , entonces tiene rango .
Cuidado
Errores frecuentes
- Confundir dominio con ceros del numerador. En una función racional, el dominio se obtiene del denominador; el numerador solo da los cortes con el eje .
- Olvidar la asíntota horizontal. En , la asíntota horizontal es , no .
- Invertir mal las desigualdades exponenciales. Si la base está entre 0 y 1, al comparar exponentes se invierte el sentido.
- En raíces de multiplicidad par, asumir que la gráfica cruza. Una raíz de multiplicidad par toca el eje y rebota.
- No evaluar la función en el vértice. Para problemas de máximo o mínimo, hallar no basta; hay que calcular .
- Olvidar las restricciones del logaritmo. En se requiere , no .
- En intersección de gráficas, no sumar todas las coordenadas. Si piden “suma de las coordenadas de los puntos de intersección”, se suman abscisas y ordenadas de todos los puntos.
- Confundir con . La primera es una traslación horizontal; la segunda, vertical.
Aprende resolviendo
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1: Gráfica y características de una función racional
Dada , determina su dominio, asíntotas, intersecciones y rango.
Paso 1: Dominio. El denominador no puede ser cero. Luego . Dominio: .
Paso 2: Asíntota vertical. Es la recta , que anula el denominador.
Paso 3: Asíntota horizontal. Como los grados del numerador y denominador son iguales, la asíntota horizontal es .
Paso 4: Intersecciones. Con el eje : , punto . Con el eje : resolvemos , punto .
Paso 5: Rango. En una función de la forma , el valor de la asíntota horizontal no es alcanzado por la función. Por tanto, el rango es .
Paso 6: Gráfica. Marcamos las asíntotas punteadas, los cortes y evaluamos signos en los intervalos , y . La gráfica es una hipérbola.
Gráfica de f(x) = (2x − 4)/(x + 1) con sus asíntotas
¿Por qué es útil? Este tipo de análisis permite graficar funciones racionales sin tabular muchos puntos.
Ejemplo 2: Utilidad máxima de una empresa
Una empresa produce unidades de un artículo. Su utilidad, en miles de soles, es
Determine cuántas unidades debe producir para obtener la utilidad máxima y cuál es esa utilidad.
Paso 1: Identificar el tipo de función. Es cuadrática con , , . Como , la parábola abre hacia abajo y el vértice es un máximo.
Paso 2: Hallar la abscisa del vértice.
La empresa debe producir unidades.
Paso 3: Evaluar en .
Paso 4: Interpretar. La utilidad máxima es miles de soles, es decir, S/200 000.
¿Por qué no basta hallar ? Porque el problema pide la utilidad máxima, no la cantidad que la produce. Siempre hay que completar con la evaluación.
Ejemplo 3: Desigualdad exponencial
Resuelve la desigualdad
Paso 1: Expresar ambas potencias en la misma base. y , entonces
Paso 2: Aplicar leyes de exponentes.
Es decir,
Paso 3: Comparar exponentes. La base es mayor que , por lo que la desigualdad conserva el sentido:
Paso 4: Resolver la inecuación lineal.
La solución es .
¿Por qué funciona? Porque la función exponencial es creciente; si dos potencias de la misma base se comparan, la mayor es la que tiene mayor exponente.
Ejemplo 4: Dominio de una función con raíz y logaritmo
Halla el dominio de
Paso 1: Condiciones de la raíz cuadrada. El radicando debe ser no negativo:
Factorizamos: . Puntos críticos: y . La solución es o .
Paso 2: Condiciones del logaritmo. El argumento del logaritmo debe ser positivo:
Paso 3: Condición del denominador. El denominador no puede ser cero:
Como , necesitamos , es decir, .
Paso 4: Intersección de condiciones. De la raíz: o . De la positividad del logaritmo: . Al intersectar con no hay valores. Por tanto, solo queda . La condición no afecta porque no está en .
El dominio es .
¿Por qué es importante? Este ejemplo muestra que en una fórmula pueden convivir varias restricciones; el dominio es la intersección de todas las condiciones.
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
En este tema has usado, una y otra vez, la resolución de inecuaciones: para dominios de raíces, logaritmos, funciones racionales y desigualdades exponenciales. El siguiente tema, «Sistemas de inecuaciones lineales», formaliza el trabajo con varias inecuaciones a la vez, estudiando cómo intersectar regiones del plano y resolver sistemas de condiciones lineales. Dominar estas técnicas te permitirá resolver problemas de programación lineal y de regiones factibles que aparecen en los exámenes.
¿Lo dominas?
Pon a prueba lo que aprendiste
20 preguntas de práctica tipo admisión y 7 preguntas reales de San Marcos, con clave y resolución explicada.
Evaluación del tema
20 preguntas para medir aprendizaje real
Hasta 6 básicas, 8 intermedias y 6 avanzadas; si un nivel no alcanza, se completa con el nivel más cercano. El diagnóstico recomienda una ruta; la evaluación final actualiza el porcentaje y puede marcar el tema como aprendido.
Aprender desde las preguntas
