Loading...
 

Asymptota ukośna wykresu funkcji


Prosta \( y=ax+b \) jest asymptotą ukośną lewostronną wykresu funkcji \( y=f(x) \), jeżeli \( D_f \) jest zbiorem nieograniczonym od dołu oraz granica różnicy wartości funkcji \( f(x) \) i funkcji liniowej \( (ax+b) \) w \( - \infty \) jest równa zero \( ( \lim_{x \rightarrow - \infty} \lbrack f(x)-(ax+b) \rbrack =0) \).

Prosta \( y=ax+b \) jest asymptotą ukośną prawostronną wykresu funkcji \( y=f(x) \), jeżeli \( D_f \) jest zbiorem nieograniczonym od góry oraz granica różnicy wartości funkcji \( f(x) \) i funkcji liniowej \( (ax+b) \) w \( + \infty \) jest równa zero \( ( \lim_{x \rightarrow \infty} \lbrack f(x)-(ax+b) \rbrack =0) \).


Jeżeli prosta \( y=ax+b \) jest jednocześnie asymptotą ukośną lewo i prawostronną, to nazywamy ją asymptotą obustronną wykresu funkcji \( f(x) \).

Jeżeli współczynnik kierunkowy asymptoty ukośnej jest równy zero \( (a=0) \), to asymptotę ukośną \( y=b \) nazywamy asymptotą poziomą.


Komentarz
Z definicji Asymptota ukośna prawostronna wynika, że wykres funkcji wraz ze wzrostem argumentów coraz bardziej zbliża się do asymptoty. Z definicji Asymptota ukośna lewostronna wynika, że wykres funkcji dla argumentów zmierzających do \( - \infty \) coraz bardziej zbliża się do asymptoty.

Zauważamy również, że asymptota pozioma jest szczególnym przypadkiem asymptoty ukośnej, dlatego też, jeżeli okaże się, że istnieje asymptota pozioma lewo lub prawostronna wykresu funkcji, to nie badamy już istnienia asymptoty ukośnej.

Wykres funkcji prostej będącej asymptotą ukośną lewo- i prawostronną.
Rysunek 1: Wykres funkcji prostej będącej asymptotą ukośną lewo- i prawostronną.


Rys. 1 przedstawia wykres funkcji, dla którego prosta o równaniu \( y=-x+1/2 \) jest asymptotą ukośną lewostronną, a prosta o równaniu \( y=x-1/2 \) jest asymptotą ukośną prawostronną. Rzeczywiście dla ciągu argumentów zmierzających do \( -\infty \) różnica pomiędzy wartościami badanej funkcji, a wartościami funkcji liniowej \( y=-x+1/2 \) dąży do zera. Analogicznie dla ciągu argumentów zmierzających do \( +\infty \) różnica pomiędzy wartościami badanej funkcji, a wartościami funkcji liniowej \( y=x-1/2 \) dąży do zera.

Twierdzenie 1: o współczynnikach asymptoty ukośnej lewostronnej

Jeżeli \( D_f \) jest zbiorem nieograniczonym od dołu, to prosta \( y=ax+b \) jest asymptotą ukośną lewostronną wtedy i tylko wtedy, gdy \( a= \lim_{x \rightarrow -\infty}⁡ \frac{f(x)}{x} \) oraz \( b= \lim_{x \rightarrow -\infty} \lbrack f(x)-ax \rbrack \) i granice te są właściwe.

Twierdzenie 2: o współczynnikach asymptoty ukośnej prawostronnej

Jeżeli \( D_f \) jest zbiorem nieograniczonym od góry, to prosta \( y=ax+b \) jest asymptotą ukośną prawostronną wtedy i tylko wtedy, gdy \( a= \lim_{x \rightarrow \infty}⁡ \frac{f(x)}{x} \) oraz \( b= \lim_{x \rightarrow \infty} \lbrack f(x)-ax \rbrack \) i granice te są właściwe.

Aby zbadać, czy istnieje asymptota pozioma lewo lub prawostronna wykresu funkcji \( f(x) \), badamy, czy dziedzina funkcji jest zbiorem nieograniczonym od dołu lub od góry, a następnie, czy granice \( \lim_{x \rightarrow -\infty}f(x) \) lub \( \lim_{x \rightarrow \infty}f(x) \) są właściwe. Jeżeli tak jest, to prosta \( y=\lim_{x \rightarrow -\infty}f(x) \) jest asymptotą poziomą lewostronną, a prosta \( y=\lim_{x \rightarrow \infty}f(x) \) asymptotą poziomą prawostronną wykresu funkcji.

Wyznacz asymptoty ukośne wykresu funkcji \( f(x)= \frac{x}{x-1} \).

Rozwiązanie:

Wyznaczamy dziedzinę funkcji \( D_f= \mathbb{R} \setminus \{1\} \). Dziedzina funkcji jest zbiorem nieograniczonym od dołu i od góry.

Badamy, czy istnieje asymptota pozioma lewo i prawostronna wykresu funkcji

\( \lim_{x \rightarrow -\infty} \frac{x}{x-1}= \lim_{x \rightarrow -\infty} \frac{x}{x(1- \frac{1}{x})}= \lbrack \frac{1}{1-0} \rbrack =1, \hspace{4em} \lim_{x \rightarrow +\infty} \frac{x}{x-1}= \lim_{x \rightarrow +\infty} \frac{x}{x(1- \frac{1}{x})} =\lbrack \frac{1}{1-0} \rbrack =1. \)

Obydwie granice są właściwe, a zatem prosta \( y=1 \) jest asymptotą poziomą obustronną. Istnienie asymptoty poziomej obustronnej wyklucza istnienie innej asymptoty ukośnej.


Wyznacz asymptoty ukośne wykresu funkcji \( f(x)= \sqrt{x^2-1}. \)

Rozwiązanie:

Wyznaczamy dziedzinę funkcji \( D_f=(- \infty,-1 \rbrack ∪ \lbrack 1, \infty) \), która jest zbiorem nieograniczonym od dołu i od góry.

Badamy istnienie asymptot poziomych lewo i prawostronnej

\( \lim_{x \rightarrow -\infty} \sqrt{x^2-1}⁡=+ \infty \) i \( \lim_{x \rightarrow +\infty} \sqrt{x^2-1}⁡=+ \infty \).

Obydwie granice są niewłaściwe, a zatem nie istnieją asymptoty poziome.

Badamy istnienie asymptot ukośnych lewo i prawostronnej licząc odpowiednie granice

\( \lim_{x \rightarrow \infty} { \frac{\sqrt{x^2-1}}{x}}= \lim_{x \rightarrow \infty} \frac{x \sqrt{1-\frac{1}{x^2}}}{x}=1 \) oraz

\( \lim_{x \rightarrow -\infty}⁡ { \frac{\sqrt{x^2-1}}{x}}= \lim_{x \rightarrow -\infty} \frac{|x| \sqrt{1-\frac{1}{x^2}}}{x}= \lim_{x \rightarrow \infty} \frac{-x \sqrt{1-\frac{1}{x^2}}}{x}=-1. \)

Widzimy zatem, że współczynnik kierunkowy a równy jest \( 1 \) dla asymptoty prawostronnej i \( -1 \) dla asymptoty lewostronnej. Obliczamy wartości współczynników \( b \) dla obydwu asymptot

\( \lim_{x \rightarrow \infty} (\sqrt{x^2-1}-x)= \lim_{x \rightarrow \infty} ( \sqrt{x^2-1}-x) \cdot \frac{\sqrt{x^2-1}+x}{\sqrt{x^2-1}+x}= \lim_{x \rightarrow \infty} \frac{x^2-1-x^2}{\sqrt{x^2-1}+x}= \lbrack \frac{-1}{\infty} \rbrack =0 \) oraz \( \lim_{x \rightarrow -\infty} (\sqrt{x^2-1}+x)= \lim_{x \rightarrow -\infty}⁡(\sqrt{x^2-1}+x) \cdot \frac{\sqrt{x^2-1}-x}{\sqrt{x^2-1}-x}= \lim_{x \rightarrow -\infty}⁡ \frac{x^2-1-x^2}{\sqrt{x^2-1}-x}=\lbrack \frac{-1}{\infty} \rbrack =0. \)

Obydwie granice są właściwe, a zatem prosta \( y=x \) jest asymptotą ukośną prawostronną, a prosta \( y=-x \) jest asymptotą ukośną lewostronną.


Wyznacz asymptoty ukośne wykresu funkcji \( f(x)=\frac{x-3}{\sqrt{x^2-9}} \).

Rozwiązanie:

Wyznaczamy dziedzinę funkcji \( D_f=(- \infty,-3)∪(3,\infty) \), która jest zbiorem nieograniczonym od góry i od dołu.

Badamy, czy istnieją asymptoty poziome lewo i prawostronna licząc odpowiednie granice

\( \lim_{x \rightarrow + \infty} \frac{x-3}{\sqrt{x^2-9}}= \lim_{x \rightarrow +\infty} \frac{x(1- \frac{3}{x})}{x \sqrt{1- \frac{9}{x^2}}}=1 \) oraz
\( \lim_{x \rightarrow -\infty} \frac{x-3}{\sqrt{x^2-9}}= \lim_{x \rightarrow -\infty} \frac{x(1- \frac{3}{x})}{|x| \sqrt{1- \frac{9}{x^2}}}= \lim_{x \rightarrow -\infty} \frac{x(1- \frac{3}{x})}{-x \sqrt{1- \frac{9}{x^2}}}=-1. \)

Obydwie granice są właściwe, a zatem prosta \( y=1 \) jest asymptotą poziomą prawostronną, a prosta \( y=-1 \) jest asymptotą poziomą lewostronną. Istnienie asymptot poziomych wyklucza istnienie innych asymptot ukośnych.


Wyznacz asymptoty ukośne wykresu funkcji \( f(x)= \ln ⁡(x+1)- \ln x \).

Rozwiązanie:

Wyznaczamy dziedzinę funkcji \( D_f=(0,\infty) \), która jest zbiorem nieograniczonym tylko od góry.

Badamy istnienie asymptoty poziomej prawostronnej (ze względu na postać dziedziny)

\( \lim_{x \rightarrow \infty}⁡ \lbrack \ln ⁡(x+1)- \ln x \rbrack=\lim_{x \rightarrow \infty} \ln \frac{x+1}{x}. \)

W celu obliczenia ostatniej granicy dokonujemy podstawienia \( y= \frac{x+1}{x} \) i wyznaczamy granicę \( \lim_{x \rightarrow \infty}⁡ \frac{x+1}{x} = \lim_{x \rightarrow \infty}\frac{x(1+\frac{1}{x})}{x}=1 \). A zatem \( \lim_{x \rightarrow \infty} \ln \frac{x+1}{x}= \lim_{y \rightarrow 1} \ln y=0 \), czyli prosta \( y=0 \) jest asymptotą poziomą prawostronną. Istnienie asymptoty poziomej prawostronnej wyklucza istnienie innej asymptoty ukośnej.




Ostatnio zmieniona Piątek 27 z Sierpień, 2021 10:54:46 UTC Autor: Katarzyna Czyżewska
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.