Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Иванова. Построение графиков функции

.pdf
Скачиваний:
260
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
2.08 Mб
Скачать

Функция неотрицательна и f 6 f 4 0, а в других

точках положительна, поэтому x 4, и x 6 — точки локального минимума. Без дополнительного исследования с помощью производной или представления функции формулой Тейлора в окрестности этих точек мы не можем для иррациональной функции описать ее поведение в окрестности точек минимума. Поэтому на эскизе (рис. 11.1) мы опускаем малые окрестности этих точек.

Найдем первую и вторую производные

f x 2 x 6 x 4 x 6 2 sign x 4

3 x 6 4 x 42

 

3x2 16x 12

 

 

sign x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x 6 4

 

 

x 4

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

x 6 (3x 2)

 

sign x 4

 

9x 6x

 

sign x 6 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x 6 4

 

x 4

 

2

 

 

 

3 x 6

 

x 4

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

93

 

 

9x 6

 

3x 8

x 6 x 4 2

 

 

 

 

 

3 x 6 2 x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sign x 6

f x

 

 

 

 

 

 

3 x 6 x 4 2

 

9 x 6 x 4 9x 6 3x 8

sign x 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 6 x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 3x2 6x 28

sign x 6 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 6 x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ результатов исследования. Заполняя таблицу, учиты-

ваем, что в правой и левой

окрестностях точек x1 4, и x2 6

поведение графика функции различно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

 

y x

 

y x

 

Выводы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6;

 

~ x 8 3

 

 

 

 

 

,

асимптота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выше графика

 

A

6 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

точка

локального

 

 

 

 

6 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

минимума с вер-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тикальными одно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сторонними каса-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тельными

 

 

 

 

2 3;6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

2 3

 

3

 

 

8 3

 

0

 

 

 

 

точка

локального

7

 

 

 

 

 

 

 

5,3

 

 

 

 

 

 

максимума

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4; 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

4 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

локальный мини-

34

 

4 0

 

 

 

мум с

вертикаль-

 

 

 

 

 

ными

 

односто-

 

 

 

 

 

ронними

каса-

 

 

 

 

 

тельными

 

 

; 4

~ x 8 3

 

 

,

асимптота

 

 

 

 

 

выше графика

График функции изображен на рис. 11.2.

35

Пример 5. Исследовать функцию f x x 4 3 1 9 и по- x

строить ее график.

Область определения функции Dy ;0 0; .

Асимптоты.

Так как lim

 

x 4

 

3 1

9

, а

lim

 

x 4

 

3 1

9

,

 

 

 

 

 

 

x

x

x 0 0

 

 

 

 

 

x 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то прямая x 0 — вертикальная асимптота.

Наклонные асимптоты для иррациональной функции находим методом выделения главной части.

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

3

 

9

 

1

f (x) x 4 3 1

 

 

x 4 1

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

o

 

 

 

при x .

Отсюда

следует что прямая

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x 1 является асимптотой

графика функции при x ,

причем график лежит ниже асимптоты. Аналогично из равенства

 

 

 

 

9

 

3

 

9

1

 

 

f (x) x 4 3 1

 

 

x 4 1

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

1

при x следует, что прямая

y x 1

x 1

 

 

o

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

является асимптотой графика функции при x , причем график функции лежит ниже асимптоты, так как x 0.

В достаточно малой правой окрестности нуля функция стремиться к , можно предположить, что функция выпукла вниз. В достаточно малой левой окрестности нуля функция стремится к вертикальной асимптоте на , можно предположить, что функция выпукла вверх. При положительных аргументах функция положительна, если x 4. Исследование поведения иррациональной

36

функции в окрестности точки минимума проведем позднее с помощью производной. На эскизе этот участок не отражаем. Строим эскиз (рис. 12.1).

 

 

Найдем производные функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

f

 

3

 

 

 

 

 

x 4

 

 

 

 

 

sign x 4

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 6x

12

 

 

9

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

sign x 4 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

6

 

 

 

12

 

 

 

 

9 53

9

 

 

 

 

 

6 7x 24

 

9

53

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sign x

6

 

1

 

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ результатов исследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

Заполняя таблицу,

 

учитываем, что в правой и левой

окрест-

ностях

точек

 

 

 

 

 

x1 0,

 

x2 4

 

и

x3

9

поведение

графика

функции различно.

37

 

 

 

 

 

 

y x

y x

y x Выводы

 

 

4;

 

~ x 1

 

 

,

 

асимптота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выше графика

A

4 0

 

 

0

3 13

 

точка

локального

 

 

 

 

 

 

 

минимума,

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

3 13 ,

 

 

 

 

 

 

 

1,5

 

tg

 

4 0

 

 

 

13

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

tg

3 13

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

0;4

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

вертикальная

 

0 0

 

 

 

 

 

асимптота

 

 

 

24

;0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

24

 

 

133 13

 

0

точка

 

перегиба,

 

7

 

 

14

 

 

 

 

3 13 0,1

 

 

 

 

 

 

 

tg

 

 

 

 

 

 

8.8

 

 

 

 

24

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

9;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

C

9 0

 

0

 

 

точка

перегиба с

 

9 0

 

 

 

 

вертикальной

 

; 9

~1 x

 

 

касательной

 

 

 

,

 

асимптота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выше графика

 

 

 

График функции изображен на рис. 12.2.

 

 

38

39

y x 2

Пример

6.

Исследовать

функцию

2 и построить ее график.

x 1

Область определения функции Dy ;1 1; .

Асимптоты.

 

 

 

1

 

 

Так как lim

x 3 exp

 

 

 

2 , то прямая

x 1

 

 

 

 

x 1

 

 

x 1 0

 

 

 

вертикальная асимптота, при чем функция стремится к ней слева. Наклонные асимптоты для иррациональной функции находим методом выделения главной части, для определения взаимного расположения графика и асимптоты представим функцию фор-

1

мулой Тейлора до o при x . Имеем

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

(x)

x 3 exp

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

2 x 1

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

o

 

 

 

 

при

x .

 

Поэтому прямая

 

2 x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

является асимптотой графика функции при x ,

график лежит выше асимптоты. Аналогично прямая y x 2 является асимптотой графика функции при x , причем график лежит ниже асимптоты, так как x 0.

 

 

 

1

 

Заметим, что lim

x 3 exp

 

 

 

2 2.

 

 

 

 

x 1

 

x 1 0

 

 

Строим эскиз (рис. 13.1).

40

Найдем первую и вторую производные

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

x2 x 2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

f x 1

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

;

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

5x 7

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

f x

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

.

 

 

 

 

3

 

x 1

4

 

 

 

 

 

 

x

1

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ результатов исследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заполняя таблицу, учитываем, что в правой и левой

окрест-

ностях точки x1 1 поведение графика функции различно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

 

 

 

 

 

 

 

y x

 

 

y x

 

Выводы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2;

 

 

~ x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

асим-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

птота

ниже

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

графика

 

 

A

 

2

 

 

 

 

 

 

2 e 1

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точка локаль-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ного

мини-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мума

 

 

 

 

1.4;2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41

B

1.4

2 1,6 e

5

 

9 e 2.5

0

точка

 

пере-

2

 

 

 

1.9

 

0.7

 

гиба,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg 9 e

 

5

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0;1.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1 0

2

 

 

0

 

точка

локаль-

 

1 0

 

 

 

 

ного

с

мини-

 

 

 

 

 

 

 

мума

гори-

 

 

 

 

 

 

 

зонтальной

 

 

 

 

 

 

 

касательной

 

 

 

 

 

 

 

справа,

слева

 

 

 

 

 

 

 

стремление

 

 

 

 

 

 

 

к

вертикаль-

 

 

 

 

 

 

 

ной асимпто-

 

 

 

 

 

 

 

те

 

 

 

 

 

 

 

1;1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

1

2 4 e 31

 

0

 

Точка

 

 

ло-

 

 

4.6

 

 

 

кального мак-

 

 

 

 

 

симума

 

 

 

 

 

; 1

~ x 2

 

 

 

,

 

асим-

 

 

 

 

 

 

 

птота

 

выше

 

 

 

 

 

 

 

графика

 

 

 

 

Так как поведение функции в окрестности точки x 1 трудно изобразить на основном рисунке, сделаем выносной рисунок (рис. 13.2). График функции изображен на рис. 13.3.

42