Как решить линейную функцию с дробью. Дробная линейная функция на занятиях с репетитором по математике

Здесь коэффициенты при х и свободные члены в числителе и знаменателе - заданные действительные числа. Графиком дробно-линейной функции в общем случае является гипербола.

Наиболее простая дробно-линейная функция у = - вы-

ражает обратную пропорциональную зависимость ; представляющая ее гипербола хорошо известна из курса средней школы (рис. 5.5).

Рис. 5.5

Пример. 5.3

Построить график дробно-линейной функции:

• 1. Так как эта дробь не имеет смысла при х = 3 , то область определения функции X состоит из двух бесконечных интервалов:
• 3) и (3; +°°).

2. Для того чтобы изучить поведение функции на границе области определения (т.е. при х -»3 и при х -> ±°°), полезно преобразовать данное выражение в сумму двух слагаемых следующим образом:

Поскольку первое слагаемое - постоянное, то поведение функции на границе фактически определяется вторым, переменным слагаемым. Изучив процесс его изменения, при х ->3 и х ->±°°, делаем следующие выводы относительно заданной функции:

• а) при х->3 справа (т.е. при *>3) значение функции неограниченно возрастает: у -> +°°: при х->3 слева (т.е. при х у-Таким образом, искомая гипербола неограниченно приближается к прямой с уравнением х = 3 (слева снизу и справа сверху) и тем самым эта прямая является вертикальной асимптотой гиперболы;
• б) при х -> ±°° второе слагаемое неограниченно убывает, поэтому значение функции неограниченно приближается к первому, постоянному слагаемому, т.е. к значению у = 2. При этом график функции неограниченно приближается (слева снизу и справа сверху ) к прямой, задаваемой уравнением у = 2; тем самым эта прямая является горизонтальной асимптотой гиперболы.

Замечание. Полученные в этом пункте сведения являются важнейшими для характеристики поведения графика функции в удаленной части плоскости (фигурально выражаясь, на бесконечности).

• 3. Полагая л =0, находим у = ~. Поэтому искомая ги-

пербола пересекает ось Оу в точке М х = (0;-^).

• 4. Нуль функции (у = 0) будет при х = -2; следовательно, эта гипербола пересекает ось Ох в точке М 2 (-2; 0).
• 5. Дробь положительна, если числитель и знаменатель одного и того же знака, и отрицательна, если они разных знаков. Решая соответствующие системы неравенств, находим, что функция имеет два интервала положительности: (-°°; -2) и (3; +°°) и один интервал отрицательности: (-2; 3).
• 6. Представление функции в виде суммы двух слагаемых (см. н. 2) позволяет достаточно легко обнаружить два интервала убывания: (-°°; 3) и (3; +°°).
• 7. Очевидно, что экстремумов у данной функции нет.
• 8. Множество У значений этой функции: (-°°; 2) и (2; +°°).
• 9. Четности, нечетности, периодичности также нет. Собранной информации достаточно, чтобы схематично

изобразить гиперболу, графически отражающую свойства данной функции (рис. 5.6).

Рис. 5.6

Функции, рассмотренные до этого момента, носят названия алгебраических. Перейдем теперь к рассмотрению трансцендентных функций.

1. Дробно-линейная функция и ее график

Функция вида y = P(x) / Q(x), где P(x) и Q(x) – многочлены, называется дробно-рациональной функцией.

С понятием рациональных чисел вы уже наверняка знакомы. Аналогично рациональные функции – это функции, которые можно представить как частное двух многочленов.

Если дробно-рациональная функция представляет собой частное двух линейных функций – многочленов первой степени, т.е. функцию вида

y = (ax + b) / (cx + d), то ее называют дробно-линейной.

Заметим, что в функции y = (ax + b) / (cx + d), c ≠ 0 (иначе функция становится линейной y = ax/d + b/d) и что a/c ≠ b/d (иначе функция константа). Дробно-линейная функция определена при всех действительных числах, кроме x = -d/c. Графики дробно-линейных функций по форме не отличаются от известного вам графика y = 1/x. Кривая, являющаяся графиком функции y = 1/x, называется гиперболой . При неограниченном увеличении x по абсолютной величине функция y = 1/x неограниченно уменьшается по абсолютной величине и обе ветки графика приближаются к оси абсцисс: правая приближается сверху, а левая – снизу. Прямые, к которым приближаются ветки гиперболы, называются ее асимптотами .

Пример 1.

y = (2x + 1) / (x – 3).

Решение.

Выделим целую часть: (2x + 1) / (x – 3) = 2 + 7/(x – 3).

Теперь легко видеть, что график этой функции получается из графика функции y = 1/x следующими преобразованиями: сдвигом на 3 единичных отрезка вправо, растяжением вдоль оси Oy в 7 раз и сдвигом на 2 единичных отрезка вверх.

Любую дробь y = (ax + b) / (cx + d) можно записать аналогичным образом, выделив «целую часть». Следовательно, графики всех дробно-линейных функций есть гиперболы, различным образом сдвинутые вдоль координатных осей и растянутые по оси Oy.

Для построения графика какой-нибудь произвольной дробно-линейной функции совсем не обязательно дробь, задающую эту функцию, преобразовывать. Поскольку мы знаем, что график есть гипербола, будет достаточно найти прямые, к которым приближаются ее ветки – асимптоты гиперболы x = -d/c и y = a/c.

Пример 2.

Найти асимптоты графика функции y = (3x + 5)/(2x + 2).

Решение.

Функция не определена, при x = -1. Значит, прямая x = -1 служит вертикальной асимптотой. Для нахождения горизонтальной асимптоты, выясним, к чему приближаются значения функции y(x), когда аргумент x возрастает по абсолютной величине.

Для этого разделим числитель и знаменатель дроби на x:

y = (3 + 5/x) / (2 + 2/x).

При x → ∞ дробь будет стремиться к 3/2. Значит, горизонтальная асимптота – это прямая y = 3/2.

Пример 3.

Построить график функции y = (2x + 1)/(x + 1).

Решение.

Выделим у дроби «целую часть»:

(2x + 1) / (x + 1) = (2x + 2 – 1) / (x + 1) = 2(x + 1) / (x + 1) – 1/(x + 1) =

2 – 1/(x + 1).

Теперь легко видеть, что график этой функции получается из графика функции y = 1/x следующими преобразованиями: сдвигом на 1 единицу влево, симметричным отображением относительно Ox и сдвигом на 2 единичных отрезка вверх по оси Oy.

Область определения D(y) = (-∞; -1)ᴗ(-1; +∞).

Область значений E(y) = (-∞; 2)ᴗ(2; +∞).

Точки пересечения с осями: c Oy: (0; 1); c Ox: (-1/2; 0). Функция возрастает на каждом из промежутков области определения.

Ответ: рисунок 1.

2. Дробно-рациональная функция

Рассмотрим дробно-рациональную функцию вида y = P(x) / Q(x), где P(x) и Q(x) – многочлены, степени выше первой.

Примеры таких рациональных функций:

y = (x 3 – 5x + 6) / (x 7 – 6) или y = (x – 2) 2 (x + 1) / (x 2 + 3).

Если функция y = P(x) / Q(x) представляет собой частное двух многочленов степени выше первой, то ее график будет, как правило, сложнее, и построить его точно, со всеми деталями бывает иногда трудно. Однако, часто достаточно применить приемы, аналогичные тем, с которыми мы уже познакомились выше.

Пусть дробь – правильная (n < m). Известно, что любую несократимую рациональную дробь можно представить, и притом единственным образом, в виде суммы конечного числа элементарных дробей, вид которых определяется разложением знаменателя дроби Q(x) в произведение действительных сомножителей:

P(x)/Q(x) = A 1 /(x – K 1) m1 + A 2 /(x – K 1) m1-1 + … + A m1 /(x – K 1) + …+

L 1 /(x – K s) ms + L 2 /(x – K s) ms-1 + … + L ms /(x – K s) + …+

+ (B 1 x + C 1) / (x 2 +p 1 x + q 1) m1 + … + (B m1 x + C m1) / (x 2 +p 1 x + q 1) + …+

+ (M 1 x + N 1) / (x 2 +p t x + q t) m1 + … + (M m1 x + N m1) / (x 2 +p t x + q t).

Очевидно, что график дробно-рациональной функции можно получить как сумму графиков элементарных дробей.

Построение графиков дробно-рациональных функций

Рассмотрим несколько способов построения графиков дробно-рациональной функции.

Пример 4.

Построить график функции y = 1/x 2 .

Решение.

Используем график функции y = x 2 для построения графика y = 1/x 2 и воспользуемся приемом «деления» графиков.

Область определения D(y) = (-∞; 0)ᴗ(0; +∞).

Область значений E(y) = (0; +∞).

Точек пересечения с осями нет. Функция четная. Возрастает при все х из интервала (-∞; 0), убывает при x от 0 до +∞.

Ответ: рисунок 2.

Пример 5.

Построить график функции y = (x 2 – 4x + 3) / (9 – 3x).

Решение.

Область определения D(y) = (-∞; 3)ᴗ(3; +∞).

y = (x 2 – 4x + 3) / (9 – 3x) = (x – 3)(x – 1) / (-3(x – 3)) = -(x – 1)/3 = -x/3 + 1/3.

Здесь мы использовали прием разложения на множители, сокращения и приведения к линейной функции.

Ответ: рисунок 3.

Пример 6.

Построить график функции y = (x 2 – 1)/(x 2 + 1).

Решение.

Область определения D(y) = R. Так как функция четная, то график симметричен относительно оси ординат. Прежде чем строить график, опять преобразуем выражение, выделив целую часть:

y = (x 2 – 1)/(x 2 + 1) = 1 – 2/(x 2 + 1).

Заметим, что выделение целой части в формуле дробно-рациональной функции является одним из основных при построении графиков.

Если x → ±∞, то y → 1, т.е. прямая y = 1 является горизонтальной асимптотой.

Ответ: рисунок 4.

Пример 7.

Рассмотрим функцию y = x/(x 2 + 1) и попробуем точно найти наибольшее ее значение, т.е. самую высокую точку правой половины графика. Чтобы точно построить этот график, сегодняшних знаний недостаточно. Очевидно, что наша кривая не может «подняться» очень высоко, т.к. знаменатель довольно быстро начинает «обгонять» числитель. Посмотрим, может ли значение функции равняться 1. Для этого нужно решить уравнение x 2 + 1 = x, x 2 – x + 1 = 0. Это уравнение не имеет действительных корней. Значит, наше предположение не верно. Чтобы найти самое большое значение функции, надо узнать, при каком самом большом А уравнение А = x/(x 2 + 1) будет иметь решение. Заменим исходное уравнение квадратным: Аx 2 – x + А = 0. Это уравнение имеет решение, когда 1 – 4А 2 ≥ 0. Отсюда находим наибольшее значение А = 1/2.

Ответ: рисунок 5, max y(x) = ½.

Остались вопросы? Не знаете, как строить графики функций?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Дробно-рациональная функция

Формула у = k/ x , графиком является гипербола. В Части 1 ГИА данная функция предлагается без смещений вдоль осей. Поэтому у нее только один параметр k . Самое большое различие во внешнем облике графика зависит от знака k .

Труднее увидеть отличия в графиках, если k одного знака:

Как мы видим, чем больше k , тем выше проходит гипербола.

На рисунке приведены функции, у которых параметр k отличается существенно. Если же отличие не столь велико, то на глаз определить его достаточно сложно.

В этом плане просто «шедевром» является следующее задание, обнаруженное мною в неплохом в целом пособии по подготовке к ГИА:

Мало того, что на довольно мелкой картинке близко расположенные графики просто сливаются. Так еще и гиперболы с положительными и отрицательными kизображены в одной координатной плоскости. Что полностью дезориентирует любого, кто взглянет на этот рисунок. В глаза бросается просто «прикольная звездочка».

Слава Богу, это просто тренировочная задача. В реальных вариантах предлагались более корректные формулировки и очевидные рисунки.

Разберемся, как же определить коэффициент k по графику функции.

Из формулы: у = k / x следует, что k = у·х . То есть мы можем взять любую целочисленную точку с удобными координатами и перемножить их - получим k .

k = 1·(- 3) = - 3.

Следовательно формула этой функции: у = - 3/х .

Интересно рассмотреть ситуацию с дробным k. В этом случае формула может быть записана несколькими способами. Это не должно вводить в заблуждение.

Например,

На данном графике невозможно найти ни одной целочисленной точки. Поэтому значение k можно определить весьма приближенно.

k = 1·0,7≈0,7. Однако можно понять, что 0 < k < 1. Если среди предложенных вариантов есть такое значение, то можно считать, что оно и является ответом.

Итак, обобщим.

k > 0 гипербола располагается в 1-й и 3-ем координатных углах (квадрантах),

k < 0 - во 2-м и 4-ом.

Если k по модулю больше 1 (k = 2 или k = - 2), то график располагается выше 1 (ниже - 1) по оси у, выглядит более широким.

Если k по модулю меньше 1 (k = 1/2 или k = - 1/2), то график располагается ниже 1 (выше - 1) по оси у и выглядит более узким, «прижатым» к нулю:

Дробно-линейная функция изучается в 9 классе после того, как изучены некоторые другие виды функций. Именно об этом говорится в начале урока. Здесь речь идет о функции y=k/x, где k>0. По словам автора, дана функция рассматривалась школьниками ранее. Поэтому с ее свойствами они знакомы. Но одно свойство с указанием особенностей графика этой функции автор предлагает вспомнить и рассмотреть подробно на этом уроке. Это свойство отражает прямую зависимость значения функции от значения переменной. А именно, при положительном x, стремящемся к бесконечности, значение функции также положительно и стремится к 0. При отрицательном x, стремящемся к минус бесконечности, значение y - отрицательно и стремится к 0.

Далее автор отмечает, как это свойство проявляется на графике. Так постепенно обучающиеся знакомятся с понятием асимптоты. После общего ознакомления с этим понятием следует его четкое определение, которое выделено яркой рамкой.

После того, как введено понятие асимптоты и после его определения автор обращает внимание на то, что гиперболы y=k/xпри k>0 имеет две асимптоты: это оси xи y. Точно такая же ситуация и с функцией y=k/xпри k<0: функция имеет две асимптоты.

Когда основные моменты подготовлены, знания актуализированы, автор предлагает перейти к непосредственному изучению нового вида функций: к изучению дробно-линейной функции. Для начала предлагается рассмотреть примеры дробно-линейной функции. На одном таком примере автор демонстрирует, что в качестве числителя и знаменателя выступают линейные выражения или, другими словами, многочлены первой степени. В случае числителя может выступать не только многочлен первой степени, но и любое число, отличное от нуля.

Далее автор переходит к демонстрации общего вида дробно-линейной функции. При этом он подробно расписывает каждый компонент записанной функции. Также поясняется, какие коэффициенты не могут быть равны 0. Эти ограничения автор расписывает и показывает, что может произойти, если эти коэффициенты окажутся нулевыми.

После этого автор повторяет, как получается график функции y=f(x)+nиз графика функции y=f(x). Урок на данную тему можно также найти в нашей базе. Здесь же отмечается то, как построить из этого же графика функции y=f(x) график функции y=f(x+m).

Все это демонстрируется на конкретном примере. Здесь предлагается построить график определенной функции. Все построение идет поэтапно. Для начала предлагается выделить из данной алгебраической дроби целую часть. Выполнив необходимые преобразования, автор получает целое число, которое прибавляется к дроби с числителем, равным числу. Так график функции, которая представляет собой дробь, можно построить из функции y=5/xпосредством двойного параллельного переноса. Здесь же автор отмечает, как переместятся асимптоты. После этого строится система координат, переносятся асимптоты на новое местоположение. Затем строятся две таблица значений для переменной x>0 и для переменной x<0. Согласно полученным в таблицах точкам, на экране ведется построение графика функции.

Далее рассматривается еще один пример, где перед алгебраической дробью в записи функции присутствует минус. Но это ничем не отличается от предыдущего примера. Все действия проводятся аналогичным образом: функция преобразовывается к виду, где выделяется целая часть. Затем переносятся асимптоты, и строится график функции.

На этом объяснение материала заканчивается. Длится этот процесс 7:28 минут. Примерно столько времени требуется учителю на обычном уроке для объяснения нового материала. Но для этого необходимо заранее хорошенько подготовится. Но если взять за основу данный видеоурок, то подготовка к уроку займет минимум времени и сил, а обучающимся понравится новый метод обучения, предлагающий просмотр видеоурока.