Resumo
Esta aula encerra o estudo dos limites desta unidade com sua primeira aplicação geométrica: as assíntotas. Em Álgebra e Geometria, as assíntotas verticais, horizontais e oblíquas das funções racionais e das funções com radicais foram obtidas com o quadro de sinais e a divisão de polinômios, e o comportamento da curva junto a elas foi admitido como um fato intuitivo. Aqui elas são definidas com os limites laterais, os limites no infinito e os limites infinitos, e esses fatos admitidos são demonstrados. Prova-se que uma reta é assíntota exatamente quando a distância da curva a ela tende a zero, obtém-se a fórmula do coeficiente angular e do coeficiente linear da assíntota oblíqua, e deduz-se que em cada extremo há no máximo uma. A aula corrige, além disso, uma crença comum, a de que uma curva não pode cortar sua assíntota, propõe um método para representar uma função sem derivadas e o aplica a funções de Álgebra e Geometria, cujos quadros de sinais e divisões de polinômios se completam agora com limites.
Objetivos de aprendizagem
- Definir com limites as assíntotas verticais, horizontais e oblíquas, e relacioná-las com a distância da curva a uma reta.
- Demonstrar as fórmulas do coeficiente angular e do coeficiente linear da assíntota oblíqua, e a unicidade da assíntota não vertical em cada extremo.
- Demonstrar os fatos admitidos em Álgebra e Geometria sobre o comportamento de uma função racional junto a um zero de seu denominador, e decidir a posição de uma curva em relação à sua assíntota.
- Representar funções algébricas e trigonométricas reunindo o domínio, as simetrias, as interseções com os eixos, o quadro de sinais e as assíntotas.
Definição
Na aula sobre as funções racionais de Álgebra e Geometria, uma assíntota era uma reta da qual a curva se aproxima cada vez mais ao afastar-se por algum de seus ramos. Com os limites desta unidade, essa ideia se escreve com precisão. Há duas maneiras de afastar-se: a variável se aproxima de um número enquanto os valores crescem ilimitadamente, ou a variável cresce ilimitadamente. À primeira correspondem as assíntotas verticais; à segunda, as demais.
Seja uma função com domínio .
- A reta é uma assíntota vertical do gráfico de se pelo menos um dos limites laterais de em é ou .
- Se não é limitado superiormente, a reta é uma assíntota do gráfico de em se . Ela se chama horizontal se e oblíqua se . Do mesmo modo se define a assíntota em .
Três observações precisam a definição. Primeira: a assíntota horizontal em é simplesmente a afirmação , da aula sobre os limites quando a variável tende ao infinito. Segunda: as assíntotas não verticais se definem em cada extremo separadamente, e podem ser distintas em e em , como as retas e do arco-tangente. Terceira: se tende a para uma função que não é do primeiro grau, como o polinômio quociente de uma divisão quando o grau do numerador excede em dois ou mais o do denominador, diz-se que a curva é uma assíntota curvilínea; tudo o que segue sobre as assíntotas oblíquas vale para ela, exceto as fórmulas do coeficiente angular e do coeficiente linear.
A definição mede a diferença das ordenadas, isto é, a distância vertical entre a curva e a reta. A ideia intuitiva fala, por outro lado, da distância da curva à reta, que se mede sobre a perpendicular. A proposição a seguir mostra que ambas tendem a zero ao mesmo tempo.
Seja o ponto do gráfico de abscissa , e seja a reta . Então é assíntota do gráfico de em se e somente se . A distância à reta é a distância vertical multiplicada por uma constante positiva. Na figura, a curva é , cuja assíntota é a reta .
Demonstração
A reta tem a equação . Pela fórmula da distância de um ponto a uma reta da aula sobre os vetores no plano, a distância de a é a distância vertical dividida por , que não depende de .
Pelo lema do limite como distância que tende a zero da aula sobre a álgebra dos limites, transposto ao infinito, tende a se e somente se seu valor absoluto tende a ; e este tende a se e somente se o faz seu produto pela constante positiva , pela regra da combinação linear.
Carregando o conteúdo…