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112 台聯大微積分(A2) 第 7 題

考題 / 轉學考微積分 / 台聯大 / 微積分A2

112學年度 · 112微積分A2 · 第 7 題

題目

Problem

一、填充題:共 8 題,每題 8 分,共 64 分。

  1. Assume that constants aa and bb are positive. Find equations for all horizontal asymptotes for the graph of y=ax2+4x−by = \frac{\sqrt{a x^2 + 4}}{x - b}.

解答

解法一:極限分析法

思路

展開
  1. 本題要求函數 y=ax2+4x−by = \frac{\sqrt{ax^2+4}}{x-b} 的所有水平漸近線(Horizontal Asymptotes)。
  2. 水平漸近線定義: 若 lim⁡x→∞f(x)=L\lim\limits_{x \to \infty} f(x) = L 或 lim⁡x→−∞f(x)=L\lim\limits_{x \to -\infty} f(x) = L,則直線 y=Ly = L 即為一條水平漸近線。
  3. 計算 x→∞x \to \infty 的極限: 當 x>0x > 0 時, x2=x\sqrt{x^2} = x。 lim⁡x→∞ax2+4x−b=lim⁡x→∞xa+4x2x(1−bx)=a\lim_{x\to\infty} \frac{\sqrt{ax^2+4}}{x-b} = \lim_{x\to\infty} \frac{x\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{x(1 - \frac{b}{x})} = \sqrt{a} 因此 y=ay = \sqrt{a} 是一條水平漸近線。
  4. 計算 x→−∞x \to -\infty 的極限: 當 x<0x < 0 時, x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2} = |x| = -x。 lim⁡x→−∞ax2+4x−b=lim⁡x→−∞∣x∣a+4x2x−b=lim⁡x→−∞−xa+4x2x(1−bx)=−a\lim_{x\to-\infty} \frac{\sqrt{ax^2+4}}{x-b} = \lim_{x\to-\infty} \frac{|x|\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{x - b} = \lim_{x\to-\infty} \frac{-x\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{x(1 - \frac{b}{x})} = -\sqrt{a} 因此 y=−ay = -\sqrt{a} 是另一條水平漸近線。
  5. 綜上所述,水平漸近線為 y=±ay = \pm\sqrt{a}。

答題過程

展開

給定函數為:

y=f(x)=ax2+4x−b(a>0, b>0)y = f(x) = \frac{\sqrt{ax^2 + 4}}{x - b} \quad (a > 0, \ b > 0)

根據水平漸近線的定義,我們需要計算當 x→∞x \to \infty 以及 x→−∞x \to -\infty 時的極限值。

1. 當 x→∞x \to \infty 時的極限

在此情況下, x>0x > 0,所以可以將分子中的 x2x^2 提出根號外,此時 x2=x\sqrt{x^2} = x:

L1=lim⁡x→∞ax2+4x−b=lim⁡x→∞xa+4x2x(1−bx)L_1 = \lim_{x \to \infty} \frac{\sqrt{ax^2 + 4}}{x - b} = \lim_{x \to \infty} \frac{x\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{x\left(1 - \frac{b}{x}\right)}

分子與分母同除以 xx:

L1=lim⁡x→∞a+4x21−bx=a+01−0=aL_1 = \lim_{x \to \infty} \frac{\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{1 - \frac{b}{x}} = \frac{\sqrt{a + 0}}{1 - 0} = \sqrt{a}

因此, y=ay = \sqrt{a} 是一條水平漸近線。

2. 當 x→−∞x \to -\infty 時的極限

在此情況下, x<0x < 0,我們同樣將分子中的 x2x^2 提出根號外,但此時 x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2} = |x| = -x:

L2=lim⁡x→−∞ax2+4x−b=lim⁡x→−∞∣x∣a+4x2x−bL_2 = \lim_{x \to -\infty} \frac{\sqrt{ax^2 + 4}}{x - b} = \lim_{x \to -\infty} \frac{|x|\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{x - b} =lim⁡x→−∞−xa+4x2x(1−bx)= \lim_{x \to -\infty} \frac{-x\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{x\left(1 - \frac{b}{x}\right)}

分子與分母同除以 xx:

L2=lim⁡x→−∞−a+4x21−bx=−a+01−0=−aL_2 = \lim_{x \to -\infty} \frac{-\sqrt{a + \frac{4}{x^2}}}{1 - \frac{b}{x}} = \frac{-\sqrt{a + 0}}{1 - 0} = -\sqrt{a}

因此, y=−ay = -\sqrt{a} 是另一條水平漸近線。

綜上所述,該函數圖形的所有水平漸近線方程式為:

y=a與y=−a(可寫為 y=±a)y = \sqrt{a} \quad \text{與} \quad y = -\sqrt{a} \quad (\text{可寫為 } y = \pm\sqrt{a})

結論: 7. 填入 y=±a\displaystyle y = \pm\sqrt{a}。