Baza wiedzy

Zbiór informacji z matematyki oraz fizyki przygotowany przez Szkołę Maturzystów

Badanie przebiegu zmienności funkcji

Wiemy już, w jaki sposób wyznaczać granice, asymptoty i ekstrema funkcji korzystając z rachunku pochodnych. Jesteśmy więc na tej podstawie sporządzić wykres dowolnej funkcji f. Aby to zrobić musimy:
I.    Wyznaczyć dziedzinę funkcji.
II.    Sprawdzić, czy funkcja jest parzysta lub nieparzysta.
UWAGA: Funkcja jest parzysta jeśli f(x) = f(-x) i jest nieparzysta jeśli f(x) = -f(-x).
III.    Wyznaczyć – jeśli istnieją – punkty wspólne wykresu z osiami układu współrzędnych (czyli f(0) i f(x)=0).
IV.    Obliczyć granice funkcji na końcach przedziałów tworzących dziedzinę oraz ewentualnie wyznaczyć równania asymptot danej funkcji.
V.    Wyznaczyć wzór pochodnej, ustalić jej dziedzinę, określić miejsca zerowe i przedziały, w których jest dodatnia, a w których ujemna.
VI.    Zbudować tabelkę przebiegu zmienności funkcji.
UWAGA: Ten punkt stanowi tylko ułatwienie w sporządzeniu wykresu funkcji. Jesteśmy w stanie w prawidłowy sposób określić wygląd funkcji f bez sporządzania tabelki (im prostsza funkcja tym łatwiej jest to zrobić).
VII.    Sporządzić wykres funkcji.


Przykład 1
Zbadaj przebieg zmienności funkcji.
a)    
b)    


Ad. a)
I.    Wyznaczamy dziedzinę funkcji:
II.    Sprawdzamy czy funkcja jest parzysta lub nieparzysta:



Wniosek: Funkcja nie jest parzysta ani nie jest nieparzysta.

III.    Wyznaczamy punkty wspólne wykresu z osiami układu współrzędnych:

Wniosek: Punkt wspólny wykresu funkcji z osiami ma współrzędne (0, 0)
IV.    Obliczamy granice funkcji na końcach przedziału:



Funkcja f ma asymptotę pionową x = 5 i nie ma asymptoty poziomej.
Zbadajmy istnienie asymptoty ukośnej o równaniu y = ax+b:


 

Funkcja f ma asymptotę ukośną o równaniu y = x+5.

Wniosek:                 
Asymptota pionowa: x = 5
Asymptota pozioma: brak
Asymptota ukośna: y = x+5

V.    Wyznaczamy pochodną, jej dziedzinę i miejsca zerowe oraz przedziały, w których jest dodatnia i w których jest ujemna (a więc w których funkcja f maleje lub rośnie):







VI.    Budujemy tabelkę przebiegu zmienności funkcji:

x

0

5

10

f’(x)

+

0

-

X

-

0

+

f(x)

0

Maksimum lokalne

X

20

Minimum lokalne

 

 



VII.    Sporządzamy wykres funkcji:


Ad. b) Po prawej stronie znaku równości znajduje się suma S wyrazów nieskończonego ciągu geometrycznego, w którym pierwszy z wyrazów jest równy , a iloraz . Z warunku na szereg geometryczny otrzymujemy:  , oraz .

Stopień zmiennej w mianowniku i liczniku jest taki sam zatem funkcja f to nic innego jak funkcja homograficzna. Zamiast postępowania wykorzystanego we wcześniejszym przykładzie potraktujemy tą funkcję jak każdą inną funkcję homograficzną, ale z ograniczoną dziedziną:

Wyznaczamy przykładowe punkty w taki sposób, aby wyrażenie  było liczbą całkowitą, a więc aby  było dzielnikiem liczby 3:
 


Rysujemy wykres funkcji:


Zadania do zrobienia


1. Zbadaj przebieg zmienności i naszkicuj wykres funkcji


2. Zbadaj przebieg zmienności i naszkicuj wykres funkcji :

a)

b)


3. Zbadaj przebieg zmienności i naszkicuj wykres funkcji :

 +


4. Na podstawie wykresu funkcji    określ liczbę rozwiązań równania   w zależności od wartości parametru  

Odp. Równanie nie ma rozwiązań, jeśli   , ma jedno rozwiązanie, jeśli , ma dwa rozwiązania, jeśli , ma cztery rozwiązania, jeśli .