Enunciado

Ache as assíntotas horizontal e vertical do gráfico de f , determinando o seguinte:

Os extremos relativos de f ;

Os pontos de inflexão do gráfico de f ;

Os intervalos em que f é crescente

Os intervalos em que f é decrescente;

Onde o gráfico é côncavo para cima;

Onde o gráfico é côncavo para baixo;

A inclinação de qualquer tangente de inflexão;

As assíntotas horizontal, vertical e oblíqua, se existirem

f x = x + 1 2 3 x - 2 1 3

Passo 1

Vamos para as assíntotas:

Vamos começar pela assíntota horizontal.

Assíntota horizontal: fazer o limite no infinito. Ou seja,

lim x → + ∞ ⁡ f x

lim x → - ∞ ⁡ f x

Passo 2

Agora vamos aos limites.

lim x → - ∞ ⁡ f x

Vai ficar:

lim x → - ∞ ⁡ x + 1 2 3 x - 2 1 3

Colocando x 4 3 em evidência:

lim x → - ∞ ⁡ x + 1 2 3 x - 2 1 3 = lim x → - ∞ ⁡ x + 1 2 3 x - 2 1 3 = ∞ - ∞ = + ∞

Então não temos assíntota horizontal desse lado.

Passo 3

Agora vamos aos limites.

lim x → + ∞ ⁡ f x

Vai ficar:

lim x → + ∞ ⁡ x + 1 2 3 x - 2 1 3

Colocando x 4 3 em evidência:

lim x → + ∞ ⁡ x + 1 2 3 x - 2 1 3 = lim x → + ∞ ⁡ x + 1 2 3 x - 2 1 3 = ∞ + ∞ = - ∞

Então não temos assíntota horizontal desse lado.

Passo 4

Agora vamos para as assíntotas oblíquas. Só vamos fazer essas assíntotas se não existirem as horizontais. Elas substituem as horizontais por cada lado.

Se as assíntotas horizontais não existirem, talvez existir a oblíqua. Para isso, devemos achar os coeficientes a e b de y = a x + b que é a equação da assíntota obliqua.

Como nossa expressão não é racional, não vamos ter assíntota oblíqua.

Passo 5

Vamos para as verticais. Para isso, temos que procurar algum valor de x que faça o limite ir para . Normalmente procuramos quando o denominador da fração for 0 . Aqui, temos uma potencia racional, que é uma fração na potência. Nesses casos não teremos assíntotas verticais.

Passo 6

Vamos aos extremos e os intervalos de crescimento e decrescimento. Para isso temos que analisar o sinal de f ' x .

Fazendo a derivada pela regra do produto:

f ' x = x + 1 2 3 ' x - 2 1 3 + x + 1 2 3 x - 2 1 3 '

f ' x = 2 3 x + 1 - 1 3 x - 2 1 3 + x + 1 2 3 1 3 x - 2 - 2 3

f ' x = 2 x - 2 1 3 3 x + 1 1 3 + x + 1 2 3 3 x - 2 2 3

f ' x = 6 x - 2 + 3 x + 1 9 x + 1 1 3 x - 2 2 3

f ' x = 9 x - 9 9 x + 1 1 3 x - 2 2 3

f ' x = x - 1 x + 1 1 3 x - 2 2 3

O sinal so vai depender de x - 1 e x + 1 1 3 . Vamos olahr o quadro de sinais:

Então, vamos ter:

f ' x > 0 → x ∈ - ∞ , - 1 ∪ 1 , + ∞

f ' x < 0 → - 1,1

Lembrando que o domínio limita a função em 0

A função é crescente se f ' x > 0 e decrescente se f ' x < 0 , então:

c r e s c e n t e → x ∈ - ∞ , - 1 ∪ 1 , + ∞

d e c r s c e n t e → - 1,1

Passo 7

Agora vamos ver os extremos. Pelo teste da primeira derivada, teremos máximo quando a função vai de crescente para decrescente, e mínimo quando a função for de decrescente para crescente.

x = 1 → m í n i m o

x = - 1 → m á x i m o

Passo 8

Vamos agora para a concavidade e os pontos de inflexão. A função é côncava para cima se f ' ' x > 0 e côncava para baixo se f ' ' x < 0 .

O ponto vai ser de inflexão quando muda a concavidade.

Vamos pegar

f ' x = x - 1 x + 1 1 3 x - 2 2 3

Derivando

f ' ' x = x - 1 ' x + 1 1 3 x - 2 2 3 - x - 1 x + 1 1 3 x - 2 2 3 ' x + 1 1 3 x - 2 2 3 2

f ' ' x = x + 1 1 3 x - 2 2 3 - x - 1 x + 1 1 3 x - 2 2 3 ' x + 1 2 3 x - 2 4 3

Vamos resolver o x + 1 1 3 x - 2 2 3 ' separado

Passo 9

x + 1 1 3 x - 2 2 3 '

Usando a regra do produto:

f ' x = x + 1 1 3 ' x - 2 2 3 + x + 1 1 3 x - 2 2 3 '

f ' x = 1 3 x + 1 - 2 3 x - 2 2 3 + x + 1 1 3 2 3 x - 2 - 1 3

f ' x = x - 2 2 3 3 x + 1 2 3 + 2 x + 1 1 3 3 x - 2 1 3

f ' x = x - 2 + 2 x + 1 3 x + 1 2 3 x - 2 1 3

f ' x = 3 x 3 x + 1 2 3 x - 2 1 3

f ' x = x x + 1 2 3 x - 2 1 3

Passo 10

Voltando para nossa derivada segunda:

f ' ' x = x + 1 1 3 x - 2 2 3 - x - 1 x x + 1 2 3 x - 2 1 3 x + 1 2 3 x - 2 4 3

f ' ' x = x - 1 x - 2 - x x - 1 x + 1 2 3 x - 2 1 3 x + 1 2 3 x - 2 4 3

f ' ' x = x + 1 x - 2 - x x - 1 x + 1 2 3 x - 2 1 3 x + 1 2 3 x - 2 4 3

f ' ' x = x 2 - 2 x - x + 2 - x 2 + x x + 1 2 3 x - 2 1 3 x + 1 2 3 x - 2 4 3

f ' ' x = x 2 - 2 x + x - 2 - x 2 + x x + 1 2 3 x - 2 1 3 x + 1 2 3 x - 2 4 3

f ' ' x = - 2 x + 1 4 3 x - 2 5 3

O sinal só vai depender de x - 2 5 3 , depois invermemos por conta do - 2

x - 2 5 3 > 0 → x - 2 > 0 → x > 2

x - 2 5 3 < 0 → x - 2 < 0 → x < 2

Assim:

f ' ' x < 0 ⟺ x ∈ 2 , + ∞

f ' ' x > 0 ⟺ x ∈ - ∞ , 2

Então:

c o n c a v a   p a r a   b a i x o ⟺ x ∈ 2 , + ∞

c o n c a v a   p a r a   c i m a ⟺ x ∈ - ∞ , 2

Assim x = 2 é ponto de inflexao

Passo 11

Para terminar vamos ao esboço. Para isso, precisamos juntar todas as informações.

Não possui assíntota

c r e s c e n t e → x ∈ - ∞ , - 1 ∪ 1 , + ∞

d e c r s c e n t e → - 1,1

x = 1 → m í n i m o

x = - 1 → m á x i m o

c o n c a v a   p a r a   b a i x o ⟺ x ∈ 2 , + ∞

c o n c a v a   p a r a   c i m a ⟺ x ∈ - ∞ , 2

x = 2 é ponto de inflexão

O gráfico vai ficar:

Resposta

Não possui assíntota

c r e s c e n t e → x ∈ - ∞ , - 1 ∪ 1 , + ∞

d e c r s c e n t e → - 1,1

x = 1 → m í n i m o

x = - 1 → m á x i m o

c o n c a v a   p a r a   b a i x o ⟺ x ∈ 2 , + ∞

c o n c a v a   p a r a   c i m a ⟺ x ∈ - ∞ , 2

x = 2 é ponto de inflexão

O gráfico vai ficar:

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