題目
Problem
2. Consider the graph of the function f(x)=x2−5xx4+2x3−x4−x3. (10%)
Find all vertical asymptotes. (3) (Hint: find the domain)
Find all horizontal asymptotes. (4)
解答
(a)
解法一
思路
展開
- 求定義域:
- 根號內必須大於等於 0: x4+2x3≥0 且 x4−x3≥0。
- 分母根號內必須嚴格大於 0(分母不能為零): x2−5x>0。
- 確定定義域為 (−∞,−2]∪(5,∞)。
- 垂直漸近線:檢查邊界點 x=−2 和 x=5 處的單邊極限。若極限為 ±∞,則該點即為垂直漸近線。
答題過程
展開
第一步:求定義域
- x4+2x3≥0⟹x3(x+2)≥0⟹x≥0 或 x≤−2。
- x4−x3≥0⟹x3(x−1)≥0⟹x≥1 或 x≤0。
- 以上兩者交集(分子有定義): x≥1 或 x≤−2 或 x=0。
- 分母大於零: x2−5x>0⟹x(x−5)>0⟹x>5 或 x<0。
綜合以上三點,函數的定義域為:
Domain(f)=(−∞,−2]∪(5,∞)
第二步:尋找垂直漸近線
邊界候選點為 x=−2 與 x=5。
-
對於 x→−2−:
分母 (−2)2−5(−2)=14=0。
分子 16−16−16+8=−24=0。
極限值為有限值,故 x=−2 不是垂直漸近線。
-
對於 x→5+:
當 x>5 時,我們有:
f(x)=x−5x(x+2−x−1)
當 x→5+,分子趨近於 5(7−2)>0,而分母趨近於 0+。
故:
x→5+limf(x)=+∞
因此, x=5 為垂直漸近線。
故 (3) 處應填入 x=5。
(b)
解法一
思路
展開
- 水平漸近線需計算 limx→∞f(x) 與 limx→−∞f(x)。
- 當 x→∞:分子提取 x2,分母提取 x,並利用分子有理化(乘共軛項)來消除未定式。
- 當 x→−∞:注意 x2=∣x∣=−x。為防正負號出錯,可令 u=−x→∞ 再進行極限計算。
答題過程
展開
第一步:求 x→∞ 的極限
當 x>5 時,我們化簡 f(x):
f(x)=x−5x(x+2−x−1)
分子乘以共軛項有理化:
f(x)=x−5(x+2+x−1)x((x+2)−(x−1))=x−5(x+2+x−1)3x
分子分母同時除以 x:
=1−x5(1+x2+1−x1)3
當 x→∞ 時:
x→∞limf(x)=1⋅(1+1)3=23
第二步:求 x→−∞ 的極限
令 u=−x,當 x→−∞ 時 u→+∞。代入得:
f(−u)=u2+5uu4−2u3−u4+u3=u+5u(u−2−u+1)
分子有理化:
=u+5(u−2+u+1)u((u−2)−(u+1))=u+5(u−2+u+1)−3u
分子分母同時除以 u:
=1+u5(1−u2+1+u1)−3
當 u→∞ 時:
u→∞limf(−u)=1⋅(1+1)−3=−23
故水平漸近線為 y=23 及 y=−23。
故 (4) 處應填入 y=±23。