
Иванова. Построение графиков функции
.pdf
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

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