Hallar a y b en una función racional tipo sabiendo que tiene asíntota oblicua

Una de las cuestiones tipo en los exámenes de selectividad de Andalucía consiste en hallar dos parámetros de una función racional sencilla sabiendo que la función tiene una asíntota oblicua y que su gráfica pasa por un punto. En el fichero LyX/pythontex creado, se resuelve un ejercicio de este tipo añadiendo la posibilidad de que los datos que se usan para resolver el problema se obtienen de forma aleatoria. Es decir, a partir de un solo enunciado podemos realizar, manteniendo la idea básica del problema, diferentes ejercicios en los que cambia la ecuación de la recta tangente y el punto por el que pasa la gráfica de la función. Para poder obtener diferentes enunciados y soluciones se usa de nuevo sympy.

Un ejercicio obtenido a partir de datos aleatorios es:

Ejercicio

Considera la función \(f(x)=\frac{a+x^{2}}{-b+x}\), para \(x\neq b\).

  1. Calcula \(a\) y \(b\) para que la gráfica de \(f\) pase por el punto \((4,\,1)\) y tenga a la recta \(y=x-5\) como asíntota oblicua.
  2. En el caso \(a=-7\) y \(b=-5\), calcula la ecuación de la recta normal a la gráfica de \(f\) que pasa por el punto de abscisa \(x=1\).

y la correspondiente

Solución

  1. Impongamos las dos condiciones que nos dan en el problema a la función:

    • La recta \(y=x-5\) es una asíntota oblicua, por tanto:

      • \(m=\lim_{x\to\infty}\dfrac{f(x)}{x}=\lim_{x\to\infty}\left(\frac{a+x^{2}}{-bx+x^{2}}\right)=1\)
      • \(n=\lim_{x\to\infty}\left(f(x)-m\cdot x\right)=\lim_{x\to\infty}\left(\frac{a+x^{2}}{-b+x}-1\cdot x\right)=\\ \lim_{x\to\infty}\left(\frac{a+bx}{-b+x}\right)=b\)

      de lo anterior obtenemos que \(b=-5\,\Rightarrow\,f(x)=\frac{a+x^{2}}{x+5}\)

    • La gráfica de \(f\) para por el punto \((4,\,1)\,\Rightarrow f(4)=1\,\Rightarrow\,\frac{a+16}{9}=1\,\Rightarrow a=-7\)

      \(f(x)=\frac{x^{2}-7}{x+5}\)

  2. La ecuación de la recta tangente en un punto de abscisa \(x=x_{0}\) es de la forma

    \begin{equation*} \left(y-f(x_{0})\right)=f'(x_{0})\cdot(x-x_{0}) \end{equation*}
    1. \(x_{0}=1\Rightarrow f\left(1\right)=-1\)

    2. \(f'(x)=\dfrac{\left(2x\right)\cdot\left(x+5\right)-\left(x^{2}-7\right)\cdot\left(1\right)}{\left(x+5\right)^{2}}=\frac{x^{2}+10x+7}{\left(x+5\right)^{2}}\,\Rightarrow\)

      \(f'\left(1\right)=\frac{1}{2}\)

    3. Por tanto la ecuación de la recta tangente pedida es:

      \begin{equation*} \left(y+1\right)=\frac{1}{2}\cdot\left(x-1\right) \end{equation*}
    4. La ecuación de la recta normal en un punto de abscisa \(x=a\) es de la forma

      \begin{equation*} \left(y-f(x_{0})\right)=\dfrac{-1}{f'(x_{0})}\cdot(x-x_{0}) \end{equation*}
    5. Por tanto la ecuación de la recta normal pedida es:

      \begin{equation*} \left(y+1\right)=\dfrac{-1}{\frac{1}{2}}\cdot(x-\left(1\right))=-2\cdot\left(x-1\right) \end{equation*}

Fichero fuente y el pdf final de una posible compilación con los datos de entrada anteriores.