斜渐近线

在本文中,我们解释什么是函数的斜渐近线。您将了解函数何时具有斜渐近线以及如何计算它。此外,您还可以看到斜渐近线的示例,并通过逐步解决的练习进行练习。

什么是斜渐近线?

函数的斜渐近线是一条斜线,其图形无限接近且不会与其相交。因此,所有斜渐近线都是符合方程y=mx+n 的线。

斜渐近线的斜率和原点使用以下公式计算:

函数的斜渐近线

如何计算函数的斜渐近线

要计算函数的斜渐近线,必须执行以下步骤:

  1. 计算函数除以 x 的无穷大极限。
  2. 如果上述限制导致非零实数,则意味着该函数具有斜渐近线。而且,所述斜渐近线的斜率将是在极限处获得的值。
  3. \displaystyle m = \lim_{x \to \pm\infty}\frac{f(x)}{x}

  4. 在这种情况下,剩下的就是通过求解以下极限来计算斜渐近线的截距:
  5. \displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} [f(x)-mx]

注意:极限必须在正无穷大和负无穷大处计算,但它们通常给出相同的结果,这就是为什么我们通过输入±无穷大来简化。但如果正无穷大和负无穷大的极限不同,则必须分别计算左斜渐近线和右斜渐近线。

斜渐近线示例

接下来,我们将采用以下有理函数的斜渐近线,以便您可以看到如何完成此操作的示例:

f(x)=\cfrac{x^2+1}{x}

斜渐近线的类型为

y=mx+n.

所以我们首先计算直线的斜率

m

及其相应的公式:

\displaystyle m = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{f(x)}{x}

\displaystyle m= \lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{\cfrac{x^2+1}{x}}{x}

为了解决这个限制,我们必须应用分数的性质:

\cfrac{\cfrac{a}{b}}{\cfrac{c}{d}}=\cfrac{a\cdot d}{b\cdot c}

\displaystyle m= \lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{\cfrac{x^2+1}{x}}{x}=\lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{x^2+1}{x^2}

现在我们计算极限:

\displaystyle m = \lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{x^2+1}{x^2} = \cfrac{+\infty}{+\infty} = \cfrac{1}{1} = \bm{1}

在这种情况下,无穷大之间的无穷大不确定性的结果是最高次 x 的系数相除,因为分子和分母具有相同的阶数。

上面的极限给出了一个非零实数,因此该函数有一个斜渐近线。我们现在将计算 y 轴截距

n

使用相应的公式计算渐近线:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[f(x)-mx\right]

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\cfrac{x^2+1}{x}-1x\right]

我们尝试计算极限:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\cfrac{x^2+1}{x}-x\right] = \cfrac{+\infty}{+\infty} - (+\infty) = \bm{+\infty - \infty}

但我们得到不确定性无穷大减去无穷大。因此,有必要将这些术语简化为一个公分母。为此,我们将 x 除以分数的分母:

\displaystyle n=\lim_{x \to \pm\infty} \left[\cfrac{x^2+1}{x}-\cfrac{x\cdot x}{x} \right] = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\cfrac{x^2+1}{x}-\cfrac{x^2}{x}\right]

现在这两项具有相同的分母,我们可以将它们分组:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\cfrac{x^2+1}{x}-\cfrac{x^2}{x} \right] =  \lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{x^2+1-x^2}{x}

我们对分子进行运算:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty}  \cfrac{\phantom{2}1\phantom{2}}{x}

最后,我们解决了限制:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty}  \cfrac{\phantom{2}1\phantom{2}}{x}= \cfrac{1}{\pm\infty} = \bm{0}

所以n =0。因此,斜渐近线是一个线性函数:

y = mx+n

y = 1x+0

\bm{y=x}

研究的函数如下图所示。正如您所看到的,该函数非常接近线 y=x,但从未触及它,因为它是斜渐近线:

斜渐近线的示例

已解决斜渐近线练习

练习1

求以下有理函数的斜渐近线:

\displaystyle f(x)= \frac{x^2+2x+3}{x+1}

斜渐近线的形式为

y=mx+n

,因此需要计算参数mn 。我们首先通过应用其公式来计算m

\displaystyle m = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{f(x)}{x} = \lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{\cfrac{x^2+2x+3}{x+1}}{x}

我们通过应用分数的性质来简化分数:

\displaystyle m =\lim_{x \to \pm\infty} \frac{x^2+2x+3}{(x+1)\cdot x}

\displaystyle m =\lim_{x \to \pm\infty} \frac{x^2+2x+3}{x^2+x}

我们解决极限:

\displaystyle m =\lim_{x \to \pm\infty} \frac{x^2+2x+3}{x^2+x}= \frac{+\infty}{+\infty} = \frac{1}{1} = \bm{1}

所以m =1。现在让我们应用公式计算斜渐近线的截距:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[f(x)-mx\right] = \lim_{x \to \pm\infty} \left[ \frac{x^2+2x+3}{x+1}-1x\right]

我们尝试计算极限:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[ \frac{x^2+2x+3}{x+1}-x\right]= \bm{+\infty - \infty}

但我们得到了无穷大减去无穷大的不定形式。因此,我们必须将这些项简化为一个公分母,然后将它们分组:

\begin{array}{l}\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[ \frac{x^2+2x+3}{x+1}-x\right] =\\[6ex]=\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} \left[ \frac{x^2+2x+3}{x+1}-\frac{x \cdot (x+1)}{x+1} \right] = \\[6ex]=\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} \left[ \frac{x^2+2x+3}{x+1}-\frac{x^2+x}{x+1} \right]=\\[6ex]=\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} \frac{x^2+2x+3-(x^2+x)}{x+1}\\[6ex]\displaystyle =\lim_{x \to \pm\infty} \frac{x^2+2x+3-x^2-x}{x+1}=\\[6ex]=\displaystyle \lim_{x \to \pm\infty} \frac{x+3}{x+1}\end{array}

最后,我们解决了限制:

\displaystyle n =\lim_{x \to \pm\infty} \frac{x+3}{x+1} = \frac{\infty}{\infty} = \frac{1}{1} = \bm{1}

简而言之,函数的斜渐近线为:

y = mx+n

y = 1x + 1

\bm{y = x + 1}

练习2

找出以下有理函数的所有斜渐近线:

\displaystyle f(x)=\frac{2x^2-5}{x+3}

首先,我们使用斜渐近线的斜率公式:

\displaystyle m = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{f(x)}{x} = \lim_{x \to \pm\infty} \cfrac{\cfrac{2x^2-5}{x+3}}{x}

我们通过应用分数的性质来简化分数:

\displaystyle m =\lim_{x \to \pm\infty}\frac{2x^2-5}{(x+3)\cdot x}

\displaystyle m =\lim_{x \to \pm\infty}\frac{2x^2-5}{x^2+3x}

我们确定极限:

\displaystyle m =\lim_{x \to \pm\infty}\frac{2x^2-5}{x^2+3x}= \frac{+\infty}{+\infty} = \frac{2}{1} = \bm{2}

极限给出非零的实数,因此它是一个斜渐近线的有理函数,其斜率为 2。

现在让我们通过应用相应的公式来计算截距:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[f(x)-mx\right] = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\frac{2x^2-5}{x+3}-2x\right]

我们尝试计算极限:

\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\frac{2x^2-5}{x+3}-2x\right]= \bm{+\infty - \infty}

但我们得到了无穷大的差不确定性。因此,我们将各项简化为公分母,然后进行运算:

\begin{array}{l}\displaystyle n = \lim_{x \to \pm\infty} \left[\frac{2x^2-5}{x+3}-2x\right]=\\[6ex]=\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} \left[\frac{2x^2-5}{x+3}-\frac{2x\cdot (x+3)}{x+3} \right] = \\[6ex]=\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} \left[ \frac{2x^2-5}{x+3}-\frac{2x^2+6x}{x+3}\right]=\\[6ex]=\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty}\frac{2x^2-5-(2x^2+6x)}{x+3}\\[6ex]\displaystyle =\lim_{x \to \pm\infty}\frac{2x^2-5-2x^2-6x}{x+3}=\\[6ex]=\displaystyle \lim_{x \to \pm\infty} \frac{-6x-5}{x+3}\end{array}

最后,我们解决了限制:

\displaystyle n =\lim_{x \to \pm\infty} \frac{-6x-5}{x+3}= \frac{\infty}{\infty}=\frac{-6}{1} = \bm{-6}

综上所述,分数函数的斜渐近线为:

y = mx+n

\bm{y=2x-6}

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