Kuidas kujutada ratsionaalset funktsiooni

Ratsionaalfunktsioon on võrrand, mis on kujul y = N(x)/D(x), kus N ja D on polünoomid. Katse visandada käsitsi täpset graafikut võib olla põhjalik ülevaade paljudest kõige olulisematest keskkooli matemaatikateemadest alates algebrast kuni diferentsiaalarvutuseni. Vaatleme järgmist näidet: y = (2×2 – 6x + 5)/(4x + 2).

1
Leidke y lõikepunkt. Seadke lihtsalt x = 0. Kõik peale konstantide kaovad, jättes y = 5/2. Väljendades seda koordinaatpaarina, on (0, 5/2) punkt graafikul. Joonistage see punkt graafikule.

2
Leidke horisontaalne asümptoot. Jagage nimetaja pikalt lugejaks, et määrata y käitumine x suurte absoluutväärtuste korral. Selles näites näitab jagamine, et y = (1/2)x – (7/4) + 17/(8x + 4). x suurte positiivsete või negatiivsete väärtuste korral läheneb 17/(8x + 4) nullile ja graafik läheneb sirgele y = (1/2)x – (7/4). Joonistage see joon katkendliku või kergelt tõmmatud joonega. Kui lugeja aste on nimetaja astmest väiksem, pole jagamist vaja ja asümptoot on y = 0. Kui deg(N) = deg( D), asümptoot on horisontaaljoon juhtkoefitsientide suhtega.Kui deg(N) = deg(D) + 1, on asümptoodiks joon, mille kalle on juhtkoefitsientide suhe.Kui deg(N) > deg(D) + 1, siis suurte |x| väärtuste korral läheb y kiiresti positiivse või negatiivse lõpmatusse ruut-, kuup- või kõrgema astme polünoomina. Sel juhul ei tasu ilmselt jagamise jagatise täpset graafikut koostada.

3
Leia nullid. Ratsionaalfunktsioonil on null, kui selle lugeja on null, seega määrake N(x) = 0. Näites 2×2 – 6x + 5 = 0. Selle ruutfunktsiooni diskriminant on b2 – 4ac = 62 – 4*2*5 = 36 – 40 = -4. Kuna diskriminant on negatiivne, pole N(x) ja järelikult ka f(x) tegelikke juuri. Graafik ei ristu kunagi x-teljega. Kui leiti mõni null, lisage need punktid graafikule.

4
Leidke vertikaalsed asümptoodid. Vertikaalne asümptoot tekib siis, kui nimetaja on null. Seadistus 4x + 2 = 0 annab vertikaalse joone x = -1/2. Joonistage iga vertikaalne asümptoot heleda või katkendliku joonega. Kui mingi x väärtus teeb nii N(x) = 0 kui ka D(x) = 0, siis võib seal olla vertikaalne asümptoot, aga ei pruugi olla. See on haruldane, kuid vaadake näpunäiteid, kuidas sellega toime tulla, kui see juhtub.

5
Vaadake 2. etapis ülejäänud jaotust. Millal on see positiivne, negatiivne või null? Näites on jäägi lugejaks 17, mis on alati positiivne. Nimetaja 4x + 2 on vertikaalsest asümptoodist paremal positiivne ja vasakul negatiivne. See tähendab, et graafik läheneb lineaarsele asümptoodile ülaltoodud x suurte positiivsete väärtuste korral ja altpoolt x suurte negatiivsete väärtuste korral. Kuna 17/(8x + 4) ei saa kunagi olla null, ei ristu see graafik kunagi sirgega y = (1/2)x – (7/4). Ärge lisage graafikule praegu midagi, kuid märkige need järeldused hilisemaks.

6
Leidke kohalik äärmus. Lokaalne ekstreemum võib esineda alati, kui N'(x)D(x)- N(x)D'(x) = 0. Näites N'(x) = 4x – 6 ja D'(x) = 4. N'(x)D(x) – N(x)D'(x) = (4x – 6) (4x + 2) – (2×2 – 6x + 5)*4 = 0. Laiendamine, terminite kombineerimine ja jagamine 4 lehe võrra x2 + x – 4 = 0. Ruutvalem näitab juure x = 3/2 ja x = -5/2 lähedal. (Need erinevad täpsetest väärtustest umbes 0,06 võrra, kuid meie graafik ei ole piisavalt täpne, et selle detailsuse pärast muretseda. Korraliku ratsionaalse lähenduse valimine muudab järgmise sammu lihtsamaks.)

7
Leidke iga kohaliku ekstreemumi y-väärtused. Vastavate y-väärtuste leidmiseks ühendage eelmise sammu x-väärtused tagasi algsesse ratsionaalsesse funktsiooni. Näites f(3/2) = 1/16 ja f(-5/2) = -65/16. Lisage need punktid (3/2, 1/16) ja (-5/2, -65/16) graafikule. Kuna tegime eelmises etapis ligikaudse hinnangu, ei ole need täpsed miinimumid ja maksimumid, kuid on tõenäoliselt lähedased. (Me teame, et (3/2, 1/16) on väga lähedal kohalikule miinimumile. Alates 3. sammust teame, et y on alati positiivne, kui x > -1/2 ja leidsime nii väikese väärtuse kui 1/16, nii et vähemalt sel juhul on viga tõenäoliselt väiksem kui joone paksus.)

8
Ühendage punktid ja sirutage graafik sujuvalt teadaolevatest punktidest asümptootideni, jälgides, et lähenete neile õigest suunast. Ärge ristage x-telge, välja arvatud punktides, mis on juba 3. sammus leitud. Ärge ületage horisontaalset või lineaarset asümptooti, ​​välja arvatud punktides, mis on juba 5. sammus leitud. Ärge muutke ülespoole kaldut allapoole, välja arvatud juhul, kui eelmises etapis leitud äärmus.