$ y(x) = \frac{x^2-1}{9-x^2} $
1. Dominio. Si tratta di una funzione razionale fratta quindi definita, continua e derivabile in tutti i punti reali che non annullano il denominatore
Dominio = ℝ\{-3, +3}
2. Simmetria. La funzione è pari, infatti f(-x) = f(x)
Essere pari, ovvero simmetrica rispetto all'asse delle y, ci può far risparmiare qualche calcolo e semplificare le verifiche.
3. Punti di discontinuità.
Per questa funzione i punti di discontinuità sono i punti dove la funzione non è definita ovvero x = ±3
Studiamone i relativi limiti determinando gli eventuali asintoti verticali.
$ \displaystyle\lim_{x \to 3^+} f(x) = -\infty$
$ \displaystyle\lim_{x \to 3^-} f(x) = +\infty$
Siamo in presenza di un asintoto verticale di equazione x = 3
Per simmetria, sarà presente un asintoto verticale di equazione x = -3
il risultato dei limiti esclude l'esistenza di un massimo globale e di un minimo globale.
4. Asintoti orizzontali / obliqui
$ \displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} f(x) = -1$
La funzione ammette un asintoto orizzontale di equazione y = -1.
La presenza di un asintoto orizzontale esclude la presenza di asintoti obliqui
5. Intersezione con gli assi coordinati
a. con l'asse delle x (che ha equazione y = 0). Il sistema y(x) e y = 0 equivale a risolvere $x^2-1 = 0$ quindi x = ±1
b. con l'asse delle y (che ha equazione x = 0). Il sistema y(x) e x = 0 ha soluzione y = -1/9
6. Segno f(x). Impostiamo la griglia dei segni
____-3_____-1_______1______3______
+++++++++0---------0+++++++++++ x²-1
------X++++++++++++++++X---------- 9-x²
------X+++++0---------0+++++X---------- y(x)
per cui
Passiamo allo studio della derivata prima.
7. derivata prima $ y'(x) = \frac{16x}{(9-x^2)^2} $
8. Punti stazionari. y'(x) = 0 ⇒ x = 0. Un solo punto stazionario.
Se consideriamo i limiti studiati al punto 2. e il segno della funzione possiamo concludere che trattasi di un minimo locale. Il alternativa, possiamo studiare il segno della derivata prima
_____-3_____-1_____0_____1______3_____
-------------------------0+++++++++++++++ 16x
++++X+++++++++++++++++++X+++++ (9-x²)²
-------X----------------0+++++++++X++++++ y'(x)
possiamo così concludere che:
9. Grafico
https://www.desmos.com/calculator/atzoschq6l
1. Nessun flesso orizzontale; c'è un solo punto stazionario che abbiamo provato essere un minimo locale.
2. Derivata seconda.
y"(x) = - 48(x²+3) / (x²-9)³
Segno derivata seconda
_____-3__________3_______
-------X++++++++X---------- y"(x)
La derivata seconda non si annulla quindi nessun flesso. In particolare
1. La funzione y(x) è concava in (-∞, -3) e in (3, +∞)
2. La funzione è convessa in (-3, 3)
dal grafico si osserva non non esiste un punto del Dominio dove si ha un cambio di concavità.