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从一道简单的高中图像题到微积分入门

作者:星野みや发布时间:2024-09-15

引入(Introduction)

高考中有一类选择函数图像草图的题,一般是通过取一些特殊点来排除选项,比如间断点,无穷大处。这里我们会用到基本初等函数图像的性质。

而我们在判断一些特殊点出的情况时用到的就是极限思想,也就微积分最开始的极限部分。

接下来我们选取一道简单的题,用大学的极限方法解决一遍。

问题(Problem)

Draw a rough graph of the function

f(x)%3D%5Cfrac%7Ba%5Ex%7D%7Ba%5E%7Bx-1%7D-a%7D%5Cquad%20a%3E1

定义域(Domain)

a%5E%7Bx-1%7D-a%5Cneq0%5CRightarrow%20x%5Cneq2

x%3D2是函数的无穷间断点(infinite discontinuity),同时也得到了图像的垂直渐近线(vertical asymptote)

垂直渐近线(Vertical Asymptote)

%5Cbegin%7Balign%7D%0A%5Clim_%7Bx%5Cto2%5E%2B%7Df(x)%20%26%20%3D%20%5Cinfty%5C%5C%20%0A%5Clim_%7Bx%5Cto2%5E-%7Df(x)%20%26%20%3D%20-%5Cinfty%0A%5Cend%7Balign%7D

x-1%3E1,分母是正的,得到右极限。

同理,从左侧逼近分母为负,得到左极限。

水平渐近线(Horizontal Asymptote)

%5Cbegin%7Balign%7D%20%5Clim_%7Bx%5Cto%5Cinfty%7Df(x)%20%26%20%3D%20%5Clim_%7Bx%5Cto%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Ba%5Ccdot%20a%5E%7Bx-1%7D%7D%7Ba%5E%7Bx-1%7D-a%7D%5C%5C%20%26%20%3D%20%5Clim_%7Bx%5Cto%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Ba%5Ccdot%20a%5E%7Bx-1%7D%7D%7Ba%5E%7Bx-1%7D%5Cleft%20(%201-a%5E%7B2-x%7D%5Cright%20)%20%7D%5C%5C%20%26%20%3D%20%5Clim_%7Bx%5Cto%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Ba%7D%7B%201-a%5E%7B2-x%7D%7D%5C%5C%20%26%20%3D%20a%20%5Cend%7Balign%7D

%5Cbegin%7Balign%7D%20%5Clim_%7Bx%5Cto-%5Cinfty%7Df(x)%20%26%20%3D%20%5Clim_%7Bx%5Cto-%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Ba%5Ccdot%20a%5E%7Bx-1%7D%7D%7Ba%5E%7Bx-1%7D-a%7D%5C%5C%20%26%20%3D%20%5Clim_%7Bx%5Cto-%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Ba%5Ccdot%20a%5E%7Bx-1%7D%7D%7Ba%5E%7Bx-1%7D%5Cleft%20(%201-a%5E%7B2-x%7D%5Cright%20)%20%7D%5C%5C%20%26%20%3D%20%5Clim_%7Bx%5Cto-%5Cinfty%7D%5Cfrac%7Ba%7D%7B%201-a%5E%7B2-x%7D%7D%5C%5C%20%26%20%3D%200%20%5Cend%7Balign%7D

这里我们需要知道指数函数图像的性质,题中底数(base)是大于1的,根据图像可以知道:

%5Cbegin%7Balign%7D%0A%5Clim_%7Bx%20%5Cto%20-%5Cinfty%7Da%5Ex%20%26%20%3D%200%5C%5C%0A%5Clim_%7Bx%20%5Cto%20%5Cinfty%7Da%5Ex%20%26%20%3D%20%5Cinfty%20%0A%5Cend%7Balign%7D

利用这带入就得到了无穷处的极限。

画图(Graph)

我们知道了这些就已经能画出草图了,可以看出是一组类似双曲线的图像。

a%3D2的情况。

更多(More)

在绘制函数草图时,除了渐近线,我们还会用到单调性,凹凸性等性质,让图像更加接近实际的情况。而这些方法我们都学过了,并且在解决很多问题时都用到过。


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