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Análisis Matemático 66

2024 GUTIERREZ (ÚNICA)

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ANÁLISIS MATEMÁTICO 66 CBC
CÁTEDRA GUTIERREZ (ÚNICA)

Práctica 7: Estudio de Funciones

14. Determine los valores de $c \in(0,+\infty)$ para los cuales la ecuación $e^{\frac{x^{2}}{x-1}}=c$ tiene una única solución.

Respuesta

Arrancamos definiendo $f(x) = e^{\frac{x^{2}}{x-1}}$ y haciendo un estudio de función completo. Al final, cuando tengamos el gráfico aproximado, vamos a poder responder a la pregunta del enunciado. 

1) Identificamos el dominio de $f(x)$ El dominio de $f$ es $\mathbb{R} - \{1\}$ 2) Asíntotas - Asíntotas verticales: 

$\lim_{x \to 1^-} e^{\frac{x^{2}}{x-1}} = 0$

$\lim_{x \to 1^+} e^{\frac{x^{2}}{x-1}} = +\infty$

Por lo tanto, $x = 1$ es asíntota vertical de $f$. 
- Asíntotas horizontales: Tomamos los límites cuando $x$ tiende a $\pm \infty$
$\lim_{x \to +\infty} e^{\frac{x^{2}}{x-1}} = e^{+\infty} = +\infty $

$\lim_{x \to -\infty} e^{\frac{x^{2}}{x-1}} = e^{-\infty} = 0 $

Por lo tanto, $f$ tiene una asíntota horizontal en $y = 0$ en $-\infty$.
  3) Calculamos $f'(x)$:

A mi la derivada me quedó así

 \( f'(x) = e^{\frac{x^{2}}{x-1}} \cdot \frac{x^2 - 2x}{(x-1)^2} \) 
4) Igualamos $f'(x)$ a cero para encontrar los puntos críticos:

$e^{\frac{x^{2}}{x-1}} \cdot \frac{x^2 - 2x}{(x-1)^2} = 0$ 

Como la exponencial nunca es cero, las soluciones van a salir de plantear:

$ \frac{x^2 - 2x}{(x-1)^2} = 0$ 

$x^2 - 2x = 0$

Y las soluciones de esta ecuación, terminando de despejar, son $x=0$ y $x=2$. Por lo tanto, estos son nuestros puntos críticos.
  5) Dividimos la recta real en intervalos donde sabemos que $f'(x)$ es continua y no tiene raíces:

a) $x < 0$

b) $0 < x < 1$

c) $1 < x < 2$

d) $x > 2$ 6) Evaluamos el signo de $f'(x)$ en cada uno de los intervalos: a) Para $x < 0$ $f'(x) > 0$. En este intervalo, $f$ es creciente. b) Para $0< x < 1$, $f'(x) < 0$. En este intervalo, $f$ es decreciente. c) Para $1 < x < 2$ $f'(x) < 0$. En este intervalo, $f$ es decreciente.

d) Para $x > 2$
$f'(x) > 0$. En este intervalo, $f$ es creciente.

No te olvides vos cuando hagas el gráfico de evaluar cuánto vale $f$ en cada uno de los máximos y mínimos que nos quedaron. Deberias tener en tu hoja algo como esto:

2024-04-20%2011:48:16_4747413.png

Ahora que ya tenemos el gráfico de $f$ respondamos a la pregunta: Tenemos que determinar los valores de $c \in(0,+\infty)$ para los cuales $f(x)=c$ tiene una única solución. 

Viendo el gráfico, $f$ tiene una única solución si $c = f(0)$ y si $c = f(2)$. Para cualquier otro valor de $c$, tendremos dos soluciones o ninguna. 
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