当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第五章 导数应用 > 第四节 函数的凸性与拐点 > 曲线的渐近性
接下来我们来讨论一下
有关函数图像的另外一个性质
这就是所谓函数图像或者是它的曲线
它的渐进线问题
渐进线这一部分
自然在渐进线的概念和渐进线的求法里面
从字面上看好像与导数无关
但是要想讨论渐进线
不可避免的要牵扯到极限运算
前面我们介绍过极限运算里面
直接用四则运算法则的毕竟是少数
所以说大部分极限运算
就是所谓的不定式
而不定式极限的求值
自然会牵扯到导数
这也是为什么
我们把曲线渐进线放到导数应用部分
它的原因
因为如果没有导数
我们自然就是做一些简单极限运算时
就无从下手
那接下来我们先看一下
渐近线的概念
渐近线的概念我们直接写定义
比如说是这样子的
若存在x0
使得x趋向于x0时f(x)是无穷大量
这个时候则称就是这条垂直于x轴的直线
x等于x0是这条曲线y等f(x)的垂直渐近线
也叫铅直渐近线
也就是说如果函数在某一点
它是无穷大量
那么相应的这一点
就对应着它的一条垂直渐近线
当然这个极限过程
既可以是x趋向于x0
也可以从x0的单侧趋向于x0
而这个无穷大量
既可以是一般的无穷大量
也可以是正无穷大
负无穷大都可以的
接下来如果在x趋向于无穷时
f(x)的极限是存在的
那么y等于a这条水平线
就称为这条曲线y等于f(x)的水平渐近线
这是水平渐近线的定义
如果这样我们就说
平行x轴的这条水平线y=a
是这条曲线在x趋向无穷时的水平渐近线
当然有时候我们考虑极限过程的时候
可能会出现x趋向于正a时
f(x)的极限是存在等于A的
如果是这样子
我们就称y等于A这条水平线
是这条曲线在x趋向于正无穷时的水平渐近线
或者说我们来考虑x趋向负无穷时
它的极限存在等于B
那么我们就说y等于B这条水平线
是这条曲线在x趋向负无穷的水平渐近线
对于一个定义在负无穷和正无穷的函数来说
我们讨论它是否有水平渐近线的时候
我们一般是分别讨论在这两个极限过程下
极限是否存在
当然极限不存在就是没有水平渐近线
在极限存在的前提下
水平渐近线的说法就像刚才我们说的那样
当A和B相等的时候
我们认为它是一条水平渐近线
不等的时候
自然是两条不同的水平渐近线
这是关于水平渐近线的定义
接下来还有一个
如果它没有水平渐近线
我们来看
它有没有满足这样条件的这个直线
也就是说x趋向于无穷时
f(x)减掉ax加b
也就是说我有一条直线是y等于ax加b
如果它满足这个极限等于0
这时候a是不等于0的
我就称y=ax+b这条直线
是这条曲线y=f(x)在x趋向无穷时的斜渐近线
这是我们斜渐近线的概念
当然与水平渐近线类似
有时候我们这个极限过程
可能是要分开分别讨论
x趋向于正无穷
或x趋向于负无穷
也就是说如果x趋向于正无穷时
这个极限等式成立
那我们就把这条直线
称为这条曲线在x趋向于正无穷时的斜渐近线
x趋向负无穷的斜渐近线
类似的去理解它
我想关于负无穷到正无穷上有定义的函数
它对应的曲线
斜渐近线的情况
我们是从三个方面来讨论的
就是垂直渐近线
水平渐近线和斜渐近线
关于垂直渐近线和水平渐近线
它的定义本身实际就给出了它的求法
接下来我们来说一下斜渐近线我们该怎么求
也就是斜渐近线的求法
这个求法我们给一个定理
也就是y=ax+b是y=f(x)这条曲线
比如说在x趋向于正无穷时它的斜渐近线
它的充分必要条件是什么
就是f(x)比上x在x趋向于正无穷的极限是a
x趋向正无穷时
f(x)-ax的极限是b
这应该是一个充分必要的
关于就是说这个东西的充分性
很显然因为这个等式成立
自然就意味着f(x)-(ax+b)极限是0
所以说y=ax+b自然是它的斜渐近线
接下来如果它是它的斜渐近线
也就是这个等式成立
这个等式成立大家看一下
这个等式我们可以给他转化成就是f(x)-ax
它的极限应该是b
而f(x)-ax我们自然可以写成是
把x提出来
x乘上f(x)除上x减掉a
这个在x趋向于正无穷时
一个是无穷大量
一个因子如果不趋向于0的时候
它的乘积不可能有极限比的
所以说这个时候这个因子极限一定是0
一定是0就意味着
这个时候这个极限一定是a
这个极限是a
因为它又满足斜渐近线的定义
那么我的b自然就是f(x)-ax的极限
关于这个地方
就是说理论上详细的证明
我们就做一个简单的解释就行了
关键就是说在这个极限过程下
如果它没有水平渐近线
我们应该求这个函数的极限
这个极限有的时候
我们就再求这个函数的极限
当这两个极限都存在的时候
我们就说这时候他是有斜渐近线的
如果我们在考虑这个极限过程中
它不存在那说明它没有斜渐近线
我们比较不喜欢的情况就是说
我求了这个极限存在
但是求了半天这个极限不存在
这个时候它也是没有斜渐近线的
也就是说尽管我做了好多运算
它本来就是没有斜渐近线
我想这是关于渐近线的概念
接下来我们看一个例题
这个例题就是说
f(x)等于x分之一加上ln(1加上e的x次方)
我们看这个函数它的渐近线情况
它的渐近线情况大家看一下
这里有一个x分之一
我们马上就意识到
x=0有可能是它的垂直渐近线
因为x趋向于0时
这是个无穷大量
x趋向于0时这个是趋向于ln2的
所以说你就知道了x趋向于0
f(x)它确实是个无穷大量
所以说x=0也就是y轴
应该就是它的一条垂直渐近线
接下来我们再来看它有没有水平的
我们先看这边
x趋向负无穷时这个是趋向于0的
x趋向负无穷时这个应该是趋向ln1的
ln1当然等于0
所以说我们马上就知道
x趋向负无穷时f(x)极限应该等于0
这说明y=0
也就是x轴
是它在x趋向负无穷时的一条水平渐近线
接下来我们还要看x趋向正无穷
x趋向正无穷时
这个是趋向于0的
但是这个是个无穷大量
这说明这条曲线
在x趋向正无穷是没有水平渐近线的
那没有水平渐近线对我们来说
并不见得是好消息
因为这个时候我们一定要问
它没有水平渐近线它有没有斜渐近线
有没有那我们就看这个东西
f(x)比上x这个地方实际就等于x方分之一
这一个我们就给它写开
也就加上ln(e的x次方)
再加上ln(1+e的-x次方)再除上x
那么大家看x趋向正无穷时
这个是趋向于0的
这个跟这个是1
然后这个x趋向正无穷时
这个是趋向于0的
实际上这个时候它是趋向于1的
趋向于1
接下来的问题我们就要看f(x)-1乘上x
也就是等于x分之一再加上就是还是写成这样
也就是ln(e的x方)就是x
再加上ln(1+e的-x次方)再减掉x
这时候这个消掉
x趋向正无穷时这是趋向于0
这个是趋向于ln1
所以这时候它是趋向于0的
换句话说这时候我们得到了一条直线y=x
这条直线就应该是我们这个函数图像
在x趋向正无穷时的斜渐近线
我想这是关于斜渐近线的问题
最后我们来说一个微积分里面
常见到的问题
就是说对简单函数
你怎么定性地做出它的图形
这个我们就看这个例子
这个例子也就是
y等于(2+x)e的x分之一次方
说我们有没有办法做这个函数的定性图
什么叫定性图
就是你要把它的单调性表示出来
把它的极值表示出来
把它的凸性表示出来
最后把它在定义域区间端点的变化趋势表示出来
我想在这里我给大家说一下
我们基本上做的步骤
第一步大家要知道
在什么范围上作图
所以说要考虑它的定义域
这个函数的定义域大家知道
只要x不等于0就行了
所以应该是(-∞,0)再并上(0,+∞)
这两个半无穷区间的并
这是第一步
第二步我们要考虑它的单调性并求极值
所以大家根据咱们前面介绍过的
讨论单调性求极值的方法
要求它的导数这个导数大家能够
应该能够求得出来
求出来之后做一个简单的整理
这应该就是
(x+1)再一个(x-2)除上x方
这边是e的x分之一
求完导数之后
大家自然知道
它导数存在的点和导数等于0的点
和导数不存在的点
一共有3个
分别是-1,2是导数等于0的点
还有x=0是导数不存在的点
这样就把整个定义域分完之后
是不是应该分成了就是4个范围
每个范围里面单调性知道
相应的在x=-1,x=2的点是极大极小
大家也知道
这样就是单调性极值大家都讨论清楚了
在这个题目里面
一会我会给大家简单说一下它的结论
第三步我们要讨论它的凸性了
凸性的时候
我们要求二阶导
这个地方大家去求二阶导
整理完之后
应该是(5x+2)再除上x的4次方e的x分之一方
那二阶导数等于0的点
应该是有一个
就是负的五分之二
二阶导数不存在的点也有一个是x=0
那么这两个点就把它整个定义域分成了三个部分
分别时(负无穷到负的五分之二)
(负的五分之二到0)
(0到正无穷)
那在每个范围里面
二阶导数的正负号大家是很清楚的
所以说它的凸性是知道的
而且负的五分之二和0是不是拐点也知道了
这样我们就相当于凸性拐点
也讨论清楚并求出来了
最后大家来看一下
它在x趋向于无穷或x趋向于0
因为它在0这点没定义
它的变化情况
最后大家会发现
x大于0趋向于0时
这是个正无穷大的
所以说它在x轴的右侧
应该是趋向于正无穷的
x=0也就是y轴是条垂直渐近线
另外大家也可以求出来
它除了这个x=0垂直渐近线
它应该是没有水平渐近线
但是有一条斜渐近线
按部就班的用刚才的方法求出来
斜渐近线是x+3
有了这些讨论的结果之后
大家就可以在xy平面上给它作图了
这个图是这样子的
就是说这个函数
从负无穷到正无穷是单调递增
并且是上凸的
然后从-1到负的五分之二它单调递减
也是上凸的
从负的五分之二到0单调递减
但是变成下凸了
所以说
x=负的五分之二应该是这个函数的一个拐点
并且在小于0趋向于0时它的函数值
大家注意它是趋向于0的
接下来在0到2这个范围上
它应该是单调下降
并且是下凸的
x等于0应该是它的一条垂直渐近线
在2到正无穷上它应该是单调上升
并且是下凸的
同时y=x+3
是它的一条斜渐近线
那这样大家就知道对简单函数来说
经过这几个步骤
我们确确实实能够从定性的方面
把这个图形给它刻画出来
这是我们关于函数渐近线要介绍的内容
实际上在导数应用部分
如果请大家做一个函数作图的问题
基本上把前面我们介绍的所有内容
都用到了单调性、极值、凹凸性、拐点、渐近线
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习