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Assíntotas Verticais e Horizontais

Nos tópicos anteriores, utilizamos limites para estudar o comportamento de uma função em diferentes situações.

Vimos que, quando

x→a,x\to a,

uma função pode crescer ou decrescer indefinidamente, produzindo uma assíntota vertical.

Também vimos que, quando

x→+∞x\to+\infty

ou

x→−∞,x\to-\infty,

uma função pode se aproximar de um determinado valor, produzindo uma assíntota horizontal.

Agora vamos reunir essas ideias para analisar as assíntotas de funções, especialmente das funções racionais.


1. O que é uma assíntota?​

Uma assíntota é uma reta associada ao comportamento de uma função quando xx se aproxima de determinado valor ou quando ∣x∣|x| cresce indefinidamente.

Neste tópico estudaremos principalmente:

  • assíntotas verticais;
  • assíntotas horizontais.

Mais adiante, estudaremos também as assíntotas oblíquas.


2. Assíntota vertical​

A reta

x=ax=a

é uma assíntota vertical quando a função cresce ou decresce indefinidamente à medida que xx se aproxima de aa.

Matematicamente, isso ocorre quando pelo menos um dos limites laterais é infinito:

lim⁡x→a−f(x)=±∞\lim_{x\to a^-}f(x)=\pm\infty

ou

lim⁡x→a+f(x)=±∞.\lim_{x\to a^+}f(x)=\pm\infty.

Portanto,

x=a\boxed{x=a}

é uma assíntota vertical.


3. Exemplo de assíntota vertical​

Considere

f(x)=1x−2.f(x)=\frac{1}{x-2}.

O denominador se aproxima de zero quando

x→2.x\to2.

Pela esquerda:

lim⁡x→2−1x−2=−∞.\lim_{x\to2^-}\frac1{x-2}=-\infty.

Pela direita:

lim⁡x→2+1x−2=+∞.\lim_{x\to2^+}\frac1{x-2}=+\infty.

Portanto,

x=2\boxed{x=2}

é uma assíntota vertical.


4. Assíntota horizontal​

A reta

y=Ly=L

é uma assíntota horizontal quando a função se aproxima de LL à medida que xx tende a +∞+\infty ou −∞-\infty.

Ou seja, se

lim⁡x→+∞f(x)=L,\lim_{x\to+\infty}f(x)=L,

então

y=L\boxed{y=L}

é uma assíntota horizontal à direita.

Da mesma forma, se

lim⁡x→−∞f(x)=L,\lim_{x\to-\infty}f(x)=L,

então

y=L\boxed{y=L}

é uma assíntota horizontal à esquerda.


5. Uma função pode ter duas assíntotas horizontais​

É importante observar que os limites para +∞+\infty e −∞-\infty podem ser diferentes.

Considere

f(x)=xx2+1.f(x)=\frac{x}{\sqrt{x^2+1}}.

Quando x→+∞x\to+\infty,

xx2+1=x∣x∣1+1x2.\frac{x}{\sqrt{x^2+1}} = \frac{x}{|x|\sqrt{1+\frac1{x^2}}}.

Como x>0x>0 quando x→+∞x\to+\infty,

∣x∣=x.|x|=x.

Logo,

lim⁡x→+∞xx2+1=1.\lim_{x\to+\infty} \frac{x}{\sqrt{x^2+1}} = 1.

Portanto,

y=1y=1

é uma assíntota horizontal para x→+∞x\to+\infty.

Agora considere x→−∞x\to-\infty.

Nesse caso,

∣x∣=−x.|x|=-x.

Assim,

xx2+1=x−x1+1x2.\frac{x}{\sqrt{x^2+1}} = \frac{x}{-x\sqrt{1+\frac1{x^2}}}.

Portanto,

lim⁡x→−∞xx2+1=−1.\lim_{x\to-\infty} \frac{x}{\sqrt{x^2+1}} = -1.

Logo,

y=−1y=-1

é uma assíntota horizontal para x→−∞x\to-\infty.

Assim, a mesma função possui duas assíntotas horizontais:

y=1\boxed{y=1}

e

y=−1.\boxed{y=-1}.

6. Funções racionais​

Considere uma função racional da forma

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

onde PP e QQ são polinômios e Q(x)≠0Q(x)\neq0.

Para encontrar as assíntotas verticais, devemos inicialmente procurar os zeros do denominador.

Para encontrar as assíntotas horizontais, analisamos

lim⁡x→+∞f(x)\lim_{x\to+\infty}f(x)

e

lim⁡x→−∞f(x).\lim_{x\to-\infty}f(x).

7. Exemplo completo​

Considere

f(x)=2x+1x−3.f(x)=\frac{2x+1}{x-3}.

Vamos determinar suas assíntotas verticais e horizontais.

Assíntota vertical​

O denominador é zero quando

x−3=0.x-3=0.

Logo,

x=3.x=3.

Como o numerador não possui o mesmo fator, temos uma assíntota vertical em

x=3.\boxed{x=3}.

Assíntota horizontal​

O grau do numerador é 11.

O grau do denominador também é 11.

Portanto, o limite no infinito é a razão entre os coeficientes líderes:

lim⁡x→±∞2x+1x−3=2.\lim_{x\to\pm\infty} \frac{2x+1}{x-3} = 2.

Logo,

y=2\boxed{y=2}

é uma assíntota horizontal.

Portanto, a função possui:

x=3\boxed{x=3}

como assíntota vertical e

y=2\boxed{y=2}

como assíntota horizontal.


8. Exemplo com fatoração​

Considere

f(x)=x2−1x2−3x+2.f(x)=\frac{x^2-1}{x^2-3x+2}.

Primeiro fatoramos:

x2−1=(x−1)(x+1)x^2-1=(x-1)(x+1)

e

x2−3x+2=(x−1)(x−2).x^2-3x+2=(x-1)(x-2).

Portanto,

f(x)=(x−1)(x+1)(x−1)(x−2).f(x) = \frac{(x-1)(x+1)} {(x-1)(x-2)}.

Para x≠1x\neq1,

f(x)=x+1x−2.f(x)=\frac{x+1}{x-2}.

Aqui temos uma situação importante.

O fator (x−1)(x-1) foi cancelado.

Portanto, x=1x=1 não é uma assíntota vertical.

Temos uma descontinuidade removível em

x=1.x=1.

Já o fator

x−2x-2

permanece no denominador.

Assim,

x=2\boxed{x=2}

é uma assíntota vertical.


9. Encontrando a assíntota horizontal​

Depois da simplificação, temos

f(x)=x+1x−2.f(x)=\frac{x+1}{x-2}.

Os graus do numerador e do denominador são iguais.

Logo,

lim⁡x→±∞f(x)=1.\lim_{x\to\pm\infty}f(x)=1.

Portanto,

y=1\boxed{y=1}

é uma assíntota horizontal.

Assim, a função apresenta:

x=2\boxed{x=2}

como assíntota vertical e

y=1\boxed{y=1}

como assíntota horizontal.

Além disso, existe uma descontinuidade removível em

x=1.x=1.

10. Quantas assíntotas verticais uma função racional pode ter?​

Uma função racional pode possuir várias assíntotas verticais.

Considere, por exemplo,

f(x)=1(x−1)(x+2).f(x)= \frac{1} {(x-1)(x+2)}.

O denominador é zero quando

x=1x=1

ou

x=−2.x=-2.

Como não há fatores comuns no numerador, ambos os valores correspondem a assíntotas verticais.

Portanto,

x=1\boxed{x=1}

e

x=−2\boxed{x=-2}

são assíntotas verticais.


11. Uma função pode não possuir assíntota vertical​

Considere

f(x)=x+1x2+1.f(x)=\frac{x+1}{x^2+1}.

Para números reais,

x2+1>0.x^2+1>0.

Portanto, o denominador nunca é zero.

Assim, não existe nenhum número real aa para o qual a função apresente comportamento infinito.

Logo, a função não possui assíntota vertical.


12. Uma função pode não possuir assíntota horizontal​

Considere

f(x)=x2.f(x)=x^2.

Quando

x→+∞,x\to+\infty,

temos

x2→+∞.x^2\to+\infty.

Da mesma forma,

x2→+∞x^2\to+\infty

quando

x→−∞.x\to-\infty.

Portanto, não existe um número real LL tal que

lim⁡x→±∞f(x)=L.\lim_{x\to\pm\infty}f(x)=L.

Logo, a função

f(x)=x2f(x)=x^2

não possui assíntota horizontal.


13. Estratégia para encontrar todas as assíntotas​

Ao receber uma função racional, podemos seguir uma sequência organizada.

Passo 1 — Fatore​

Fatore o numerador e o denominador sempre que possível.

Passo 2 — Simplifique​

Cancele fatores comuns, lembrando que os valores cancelados continuam sendo pontos de descontinuidade da função original.

Passo 3 — Procure assíntotas verticais​

Encontre os zeros do denominador que permanecem depois da simplificação.

Passo 4 — Calcule os limites no infinito​

Determine

lim⁡x→+∞f(x)\lim_{x\to+\infty}f(x)

e

lim⁡x→−∞f(x).\lim_{x\to-\infty}f(x).

Passo 5 — Identifique as assíntotas horizontais​

Se algum desses limites for um número real LL, então

y=Ly=L

é uma assíntota horizontal correspondente.


14. Exercício resolvido​

🧩 Exercício 1 Média

Determine as assíntotas verticais e horizontais da função

f(x)=3x−1x+2.f(x)=\frac{3x-1}{x+2}.

Assíntota vertical​

O denominador é zero quando

x+2=0.x+2=0.

Portanto,

x=−2.x=-2.

Como o fator não é cancelado pelo numerador, temos

x=−2\boxed{x=-2}

como assíntota vertical.

Assíntota horizontal​

O numerador e o denominador possuem grau 11.

Assim,

lim⁡x→±∞3x−1x+2=31.\lim_{x\to\pm\infty} \frac{3x-1}{x+2} = \frac31.

Logo,

y=3\boxed{y=3}

é uma assíntota horizontal.

Portanto:

x=−2\boxed{x=-2}

é a assíntota vertical e

y=3\boxed{y=3}

é a assíntota horizontal.


15. Exercício resolvido​

🧩 Exercício 2 Média

Determine as assíntotas da função

f(x)=x2+1x2−4.f(x)=\frac{x^2+1}{x^2-4}.

Fatoramos o denominador:

x2−4=(x−2)(x+2).x^2-4=(x-2)(x+2).

O numerador não possui fatores comuns com o denominador.

Portanto, os possíveis pontos de assíntota vertical são

x=2x=2

e

x=−2.x=-2.

De fato, nesses pontos o denominador se aproxima de zero enquanto o numerador permanece positivo.

Assim,

x=2\boxed{x=2}

e

x=−2\boxed{x=-2}

são assíntotas verticais.

Agora analisamos o limite no infinito.

O numerador e o denominador possuem o mesmo grau.

Logo,

lim⁡x→±∞x2+1x2−4=11=1.\lim_{x\to\pm\infty} \frac{x^2+1}{x^2-4} = \frac11 = 1.

Portanto,

y=1\boxed{y=1}

é uma assíntota horizontal.


16. Exercício​

🧩 Exercício 3 Média

Considere

f(x)=x2−9x−3.f(x)=\frac{x^2-9}{x-3}.

Qual é o comportamento correto da função?

Fatorando o numerador:

x2−9=(x−3)(x+3).x^2-9=(x-3)(x+3).

Assim,

f(x)=(x−3)(x+3)x−3.f(x) = \frac{(x-3)(x+3)} {x-3}.

Para x≠3x\neq3,

f(x)=x+3.f(x)=x+3.

O fator (x−3)(x-3) foi cancelado.

Portanto, x=3x=3 não é uma assíntota vertical.

A função original apresenta uma descontinuidade removível em x=3x=3.

Logo,

a alternativa correta eˊ C\boxed{ \text{a alternativa correta é C} }

17. Resumo​

Para funções racionais, podemos utilizar as seguintes ideias:

Assíntotas verticais​

Procure os zeros do denominador que permanecem após a simplificação.

Se

lim⁡x→a±f(x)=±∞,\lim_{x\to a^\pm}f(x)=\pm\infty,

então

x=a\boxed{x=a}

é uma assíntota vertical.

Assíntotas horizontais​

Calcule

lim⁡x→+∞f(x)\lim_{x\to+\infty}f(x)

e

lim⁡x→−∞f(x).\lim_{x\to-\infty}f(x).

Se o resultado for LL, então

y=L\boxed{y=L}

é uma assíntota horizontal.

Descontinuidade removível​

Se um fator é cancelado durante a simplificação, o ponto correspondente pode representar um buraco no gráfico, e não uma assíntota vertical.


18. Próximo passo​

Já conseguimos analisar o comportamento de funções racionais tanto próximo de seus pontos de descontinuidade quanto quando xx tende ao infinito.

Ainda existe uma situação importante.

Quando o grau do numerador é exatamente uma unidade maior que o grau do denominador, a função geralmente não possui assíntota horizontal.

Nesse caso, pode surgir uma assíntota oblíqua.

Esse será o próximo tópico.