practicecalculus
Funciones algebraicas

Funciones racionales: asíntotas, huecos, derivadas e integrales

Funciones racionales P(x)/Q(x): dominio, asíntotas verticales y horizontales, huecos, derivadas con la regla del cociente e integrales por fracciones parciales.

Funciones algebraicas Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

f(x) = \frac{P(x)}{Q(x)}, \quad Q(x) \ne 0
Dominio
Todos los x con Q(x) \ne 0
Derivada
\frac{P'(x)Q(x) - P(x)Q'(x)}{Q(x)^2}
Integral
\int \frac{A}{x - r}\,dx = A\ln|x - r| + C
Asíntotas verticales
Ceros de Q que no se simplifican
Asíntota horizontal
Compara los grados de P y Q
Método de integración
División de polinomios y luego fracciones parciales
En esta página
  1. Definición y fórmula
  2. Gráfica de una función racional
  3. Asíntotas y huecos
  4. Derivada de una función racional
  5. Integración de funciones racionales
  6. Ejemplos resueltos
  7. Errores comunes
  8. Cómo se relaciona

Una función racional es un polinomio dividido entre otro. Están definidas en todas partes excepto donde el denominador vale cero, y el comportamiento cerca de esos puntos, asíntotas y huecos, es lo que las hace centrales en límites, trazado de curvas e integración.

Definición y fórmula

f(x) = \frac{P(x)}{Q(x)}, \qquad Q(x) \ne 0

P y Q son polinomios y Q no es el polinomio cero. El ejemplo más sencillo es la función recíproca \frac{1}{x}. Otros ejemplos son \frac{2x + 1}{x - 1} y \frac{x^2 - 4}{x - 2}.

Gráfica de una función racional

Gráfica de la función racional y = (2x + 1)/(x - 1) con sus asíntotas
La asíntota vertical es x = 1 y la asíntota horizontal es y = 2, el cociente de los coeficientes principales.

Asíntotas y huecos

Primero factoriza P y Q por completo.

  • Hueco. Un factor (x - a) que se simplifica arriba y abajo deja una discontinuidad evitable en x = a. Ejemplo: \frac{x^2 - 4}{x - 2} = x + 2 para x \ne 2, una recta con un hueco en (2, 4).
  • Asíntota vertical. Un cero a del denominador que permanece después de simplificar. Cerca de x = a la función tiende a \pm\infty, así que los límites laterales son infinitos.
  • Asíntota horizontal. Se obtiene de los límites al infinito, con \deg P = m y \deg Q = n:
Grados Comportamiento cuando x \to \pm\infty
m < n asíntota y = 0
m = n asíntota y = \frac{\text{leading coeff of } P}{\text{leading coeff of } Q}
m = n + 1 asíntota oblicua mediante la división de polinomios
m > n + 1 no hay asíntota recta

Derivada de una función racional

Usa la regla del cociente:

\frac{d}{dx}\,\frac{P(x)}{Q(x)} = \frac{P'(x)Q(x) - P(x)Q'(x)}{Q(x)^2}

La derivada vuelve a ser una función racional, con los mismos puntos excluidos de su dominio.

Integración de funciones racionales

No hay una fórmula única. El método habitual es:

  1. Si \deg P \ge \deg Q, divide para obtener un polinomio más una fracción propia.
  2. Factoriza Q y descompón la fracción propia en fracciones parciales.
  3. Integra cada parte. Los factores lineales dan logaritmos, \int \frac{A}{x - r}\,dx = A\ln|x - r| + C; los cuadráticos irreducibles dan arcotangentes.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: asíntotas. Para f(x) = \frac{2x + 1}{x - 1} no se simplifica nada, así que x = 1 es una asíntota vertical. Los grados son iguales, así que y = \frac{2}{1} = 2 es la asíntota horizontal.

Ejemplo 2: derivada. Con P = 2x + 1 y Q = x - 1:

f'(x) = \frac{2(x - 1) - (2x + 1)(1)}{(x - 1)^2} = \frac{-3}{(x - 1)^2}

La derivada es siempre negativa, así que f decrece a cada lado de la asíntota.

Ejemplo 3: un límite con un hueco. \lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 4}{x - 2} = \lim_{x \to 2} (x + 2) = 4.

Ejemplo 4: integral por fracciones parciales. Como \frac{1}{x^2 - 1} = \frac{1/2}{x - 1} - \frac{1/2}{x + 1},

\int \frac{1}{x^2 - 1}\,dx = \frac{1}{2}\ln\left|\frac{x - 1}{x + 1}\right| + C

Errores comunes

  1. Declarar asíntota cada cero del denominador. Simplifica primero los factores comunes; los factores simplificados dan huecos.
  2. Simplificar términos en lugar de factores. \frac{x + 4}{x + 2} \ne \frac{4}{2}. Solo se simplifican los factores comunes.
  3. Confundir el orden de la regla del cociente. El numerador es P'Q - PQ'; si lo inviertes, cambia el signo.
  4. Usar fracciones parciales con una fracción impropia. Divide primero cuando \deg P \ge \deg Q.

Cómo se relaciona

Las funciones racionales son la fuente clásica de límites de la forma \frac{0}{0}, el caso de prueba de la regla de L'Hôpital y la principal aplicación de las fracciones parciales en Cálculo 2. Para trazar sus gráficas se usan todas las herramientas del trazado de curvas.

Practícalo ahora

La regla del cociente

Resuelve problemas reales de este tema con corrección al instante, pistas y una solución paso a paso para cada respuesta. Gratis y sin registro para empezar.

Practicar esta lección

Preguntas frecuentes

¿Cómo se encuentran las asíntotas verticales de una función racional?

Factoriza y simplifica los factores comunes; después iguala a cero el denominador que queda. Cada cero restante da una asíntota vertical; un factor que se simplificó da, en cambio, un hueco.

¿Cómo se encuentra la asíntota horizontal de una función racional?

Compara los grados. Si el denominador tiene mayor grado, la asíntota es y = 0. Si los grados son iguales, es el cociente de los coeficientes principales. Si el numerador tiene mayor grado, no hay asíntota horizontal.

¿Cómo se deriva una función racional?

Usa la regla del cociente: \left(\frac{P}{Q}\right)' = \frac{P'Q - PQ'}{Q^2}. Con un denominador sencillo puede ser más rápido reescribir con un exponente negativo y usar la regla de la cadena.

¿Cómo se integra una función racional?

Si el grado del numerador es mayor o igual que el del denominador, haz primero la división de polinomios. Después descompón la fracción propia en fracciones parciales, que se integran como logaritmos, potencias y arcotangentes.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

Creamos lecciones interactivas de cálculo y escribimos cada página para que sea clara y correcta. ¿Has visto algo raro? Avísanos y lo corregiremos.