Graficar Funciones

Introducción a la Graficación de Funciones

Graficar una función con precisión no solo significa esbozar su forma aproximada, sino también analizar las características más importantes de la función. Estas incluyen los ceros (intersecciones con el eje x), los puntos estacionarios, los intervalos de crecimiento y decrecimiento, los posibles extremos, las asíntotas, la concavidad y los puntos de inflexión. Cada una de estas características contribuye a la forma correcta de la gráfica.

Pasos para Graficar una Función

Para graficar una función correctamente, se sigue una secuencia específica de pasos:

1. DETERMINAR EL DOMINIO DE LA FUNCIÓN: Comprueba para qué valores de x la función está definida (p. ej., no se permite la división por cero, la raíz cuadrada de un número negativo no está definida en el sistema de números reales, etc.).
2. ENCONTRAR LOS CEROS (INTERSECCIONES CON EL EJE X) DE LA FUNCIÓN: Resuelve la ecuación f(x) = 0. Estos valores representan los puntos donde la gráfica intersecta el eje x.
3. ENCONTRAR LA PRIMERA DERIVADA Y RESOLVER f'(x) = 0: Estos son los candidatos a máximos locales, mínimos o puntos de inflexión estacionarios.
4. ANALIZAR LOS INTERVALOS DE CRECIMIENTO Y DECRECIMIENTO: Determina dónde la función es creciente (f'(x) > 0) y dónde es decreciente (f'(x) < 0) basándote en el signo de la primera derivada.
5. COMPROBAR LOS EXTREMOS LOCALES: Observando el cambio en el signo de la derivada alrededor de los puntos estacionarios, podemos determinar si se trata de un máximo, un mínimo o simplemente un punto de silla (inflexión estacionaria).
6. DETERMINAR LA CONCAVIDAD Y LOS PUNTOS DE INFLEXIÓN: Calcula la segunda derivada, f''(x). Si f''(x) > 0, la gráfica es cóncava hacia arriba (convexa). Si f''(x) < 0, es cóncava hacia abajo. Los puntos donde cambia la concavidad son puntos de inflexión (típicamente donde f''(x) = 0 o no está definida, y cambia de signo).
7. COMPROBAR LAS ASÍNTOTAS (SI LAS HAY): Si la función contiene fracciones o expresiones logarítmicas, comprueba el comportamiento para valores muy grandes o muy pequeños de x, y donde los denominadores son cero.
8. CALCULAR LOS VALORES DE LA FUNCIÓN PARA ALGUNOS VALORES DE X: Sustituye valores específicos de x para obtener puntos por los que pasa la gráfica (p. ej., x = 0, x = 1, x = -1 ...).

Elementos Importantes de la Gráfica

• INTERSECCIÓN CON EL EJE Y: Se determina calculando f(0).
• INTERSECCIONES CON EL EJE X (CEROS): Se determinan a partir de la ecuación f(x) = 0.
• PUNTOS ESTACIONARIOS Y EXTREMOS: Se encuentran usando la primera derivada.
• CONCAVIDAD Y PUNTOS DE INFLEXIÓN: Se encuentran usando la segunda derivada.
• ASÍNTOTAS: Horizontales, verticales u oblicuas (si la función las tiene).
• INTERVALOS DE CRECIMIENTO/DECRECIMIENTO: Se determinan por el signo de la primera derivada.

Ejemplo

Sea la función f(x) = x³ - 3x.

• DOMINIO: Todo el conjunto de los números reales.
• CEROS: Resuelve x³ - 3x = 0 → x(x² - 3) = 0 → x(x - √3)(x + √3) = 0. Los ceros son x = 0, x = √3, x = -√3.
• PRIMERA DERIVADA: f'(x) = 3x² - 3. Resuelve f'(x) = 0 → 3(x² - 1) = 0 → x = ±1. Estos son los puntos estacionarios.
• SIGNO DE LA PRIMERA DERIVADA:
• • Para x < -1 (p. ej., x = -2), f'(-2) = 3(-2)² - 3 = 12 - 3 = 9 > 0. La función es creciente.
  • Para -1 < x < 1 (p. ej., x = 0), f'(0) = 3(0)² - 3 = -3 < 0. La función es decreciente.
  • Para x > 1 (p. ej., x = 2), f'(2) = 3(2)² - 3 = 12 - 3 = 9 > 0. La función es creciente.
• EXTREMOS LOCALES:
• • En x = -1, la función cambia de creciente a decreciente, por lo que hay un máximo local. f(-1) = (-1)³ - 3(-1) = -1 + 3 = 2. Punto: (-1, 2).
  • En x = 1, la función cambia de decreciente a creciente, por lo que hay un mínimo local. f(1) = (1)³ - 3(1) = 1 - 3 = -2. Punto: (1, -2).
• SEGUNDA DERIVADA: f''(x) = 6x. Iguala f''(x) = 0 → 6x = 0 → x = 0.
• • Para x < 0, f''(x) < 0 (cóncava hacia abajo).
  • Para x > 0, f''(x) > 0 (cóncava hacia arriba). El punto (0, f(0)) = (0, 0) es un punto de inflexión donde cambia la concavidad.
• ASÍNTOTAS: La función no tiene asíntotas.
• OTROS PUNTOS: Ya tenemos f(0) = 0. Comprobemos f(2) = 2³ - 3(2) = 8 - 6 = 2. Punto (2, 2).

Conclusión

La graficación precisa de funciones se basa en una investigación analítica de sus propiedades. Al examinar los dominios, las derivadas, los cambios de dirección, la concavidad y otras características clave en el orden correcto, se puede crear una imagen completa del comportamiento de la función en todo su dominio. No se trata solo de un ejercicio de dibujo, sino de un enfoque estructurado para una comprensión más profunda de las funciones.