Как найти дополнительную точку

Исследование функции и построение графиков

Исследование функций и построение их графиков. y 0 x 1) УКАЗАТЬ ОБЛАСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЛАСТЬ ЗНАЧЕНИЯ ФУНКЦИИ 2) НАЙТИ ТОЧКИ РАЗРЫВА ФУНКЦИИ И ОПРЕДЕЛИТЬ ИХ РОД 3) ИССЛЕДОВАТЬ ФУНКЦИЮ НА ЧЁТНОСТЬ И ПЕРИОДИЧНОСТЬ 4) НАЙТИ ТОЧКИ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ГРАФИКА ФУНКЦИИ С. Показать больше

Исследование функций и построение их графиков. y 0 x 1) УКАЗАТЬ ОБЛАСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЛАСТЬ ЗНАЧЕНИЯ ФУНКЦИИ 2) НАЙТИ ТОЧКИ РАЗРЫВА ФУНКЦИИ И ОПРЕДЕЛИТЬ ИХ РОД 3) ИССЛЕДОВАТЬ ФУНКЦИЮ НА ЧЁТНОСТЬ И ПЕРИОДИЧНОСТЬ 4) НАЙТИ ТОЧКИ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ГРАФИКА ФУНКЦИИ С ОСЯМИ КООРДИНАТ 5) НАЙТИ ПРОМЕЖУТКИ ЗНАКОПОСТОЯНСТВА 6) ОПРЕДЕЛИТЬ УРАВНЕНИЯ АСИМПТОТ ГРАФИКА ФУНКЦИИ 7) ИССЛЕДОВАТЬ ФУНКЦИЮ НА МОНОТОННОСТЬ И ЭКСТРЕМУМЫ 8) НАЙТИ ТОЧКИ ПЕРЕГИБА И ОПРЕДЕЛИТЬ ИНТЕРВАЛЫ ВЫПУКЛОСТИ И ВОГНУТОСТИ, ПРОИЗВЕСТИ НЕОБХОДИМЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ 9) ПОСТРОИТЬ ГРАФИК ФУНКЦИИ РЕШЕНИЕ Литература. Спрятать

• Похожие публикации
• Поделиться
• Код вставки
• Добавить в избранное
• Комментарии

Квадратичная функция. Парабола

Прежде чем перейти к разбору квадратичной функции рекомендуем вспомнить, что называют функцией в математике.

Если вы прочно закрепите общие знания о функции (способы задания, понятие графика) дальнейшее изучение других видов функций будет даваться значительно легче.

Что называют квадратичной функцией

Запомните!

Квадратичная функция — это функция вида

y = ax 2 + bx + c,
где a , b и с — заданные числа.

Другими словами можно сказать, что если в функции старшая (то есть самая большая) степень, в которой стоит « x » — это « 2 », то перед нами квадратичная функция.

Рассмотрим примеры квадратичных функций и определим, чему в них равны коэффициенты « a », « b » и « с ».

Как построить график квадратичной функции

Запомните!

График квадратичной функции называют параболой.

Парабола выглядит следующим образом.

Также парабола может быть перевернутой.

Существует четкий алгоритм действий при построении графика квадратичной функции. Рекомендуем при построении параболы всегда следовать этому порядку действий, тогда вы сможете избежать ошибок при построении.

Чтобы было проще понять этот алгоритм, сразу разберем его на примере.

Построим график квадратичной функции « y = x 2 −7x + 10 ».

1. Направление ветвей параболы

Запомните! Если « a > 0 », то ветви направлены вверх. Если « a », то ветви направлены вниз.

В нашей функции « a = 1 », это означает, что ветви параболы направлены вверх.
Координаты вершины параболы

Запомните! Чтобы найти « x₀ » (координата вершины по оси « Ox ») нужно использовать формулу:

Найдем « x₀ » для нашей функции « y = x 2 −7x + 10 ».
x₀ =

− (−7)

2 · 1

=

7

2

= 3,5

Теперь нам нужно найти « y₀ » (координату вершины по оси « Oy »). Для этого нужно подставить найденное значение « x₀ » в исходную функцию. Вспомнить, как найти значение функции можно в уроке «Как решать задачи на функцию» в подразделе «Как получить значение функции».

y₀(3,5) = (3,5) 2 − 7 ·3,5 + 10 = 12,25 − 24,5 + 10 = −12,25 + 10 = −2,25

Выпишем полученные координаты вершины параболы. (·) A (3,5; −2,25) — вершина параболы. Отметим вершину параболы на системе координат. Проведем через отмеченную точку ось симметрии, так как парабола — это симметричный график относительно оси « Oy ».

Запомните! Нули функции — это точки пересечения графика функции с осью « Ox » (осью абсцисс).

Наглядно нули функции на графике выглядят так: Свое название нули функции получили из-за того, что у этих точек координата по оси « Oy » равна нулю. Теперь давайте разберемся, как до построения графика функции рассчитать координаты точек нулей функции.

Запомните! Чтобы найти координаты точек нулей функции, нужно в исходную функцию подставить вместо « y = 0 ».

Подставим в заданную функцию « y = x 2 −7x + 10 » вместо « y = 0 » и решим полученное квадратное уравнение относительно « x » .

• (·) B (5; 0)
• (·) C (2; 0)

Отметим полученные точки («нули функции») на системе координат.

• y(1) = 1 2 − 7 · 1 + 10 = 1 − 7 + 10 = 4
• y(3) = 3 2 − 7 · 3 + 10 = 9 − 21 + 10 = −2
• y(4) = 4 2 − 7 · 4 + 10 = 16 − 28 + 10 = −2
• y(6) = 6 2 − 7 · 6 + 10 = 36 − 42 + 10 = 4

Запишем полученные результаты в таблицу.

x	1	3	4	6
y	4	−2	−2	4

Отметим полученные точки графика на системе координат (зеленые точки).

Теперь мы готовы построить график. На забудьте после построения подписать график функции.

Краткий пример построения параболы

Рассмотрим другой пример построения графика квадратичной функции. Только теперь запишем алгоритм построения коротко без подробностей.

Пусть требуется построить график функции « y = −3x 2 − 6x − 4 ».

Направление ветвей параболы « a = −3 » — ветви параболы направлены вниз.

x₀ =

−b

2a

x₀ =

−(−6)

2 · (−3)

=

6

−6

= −1

y₀(−1) = (−3) · (−1) 2 − 6 · (−1) − 4 = −3 · 1 + 6 − 4 = −1

(·) A (−1; −1) — вершина параболы.

Нули функции

Точки пересечения с осью « Ox » ( y = 0 ).

−3x 2 − 6x − 4 = 0 |·(−1)

x_1;2 =

−6 ± √ 6 2 − 4 · 3 · 4

2 · 1

x_1;2 =

−6 ± √ 36 − 48

2

x_1;2 =

−6 ± √ −12

2

Ответ: нет действительных корней.

• y(−3) = −3 · (−3) 2 − 6 · (−3) − 4 = −3 · 9 + 18 − 4 = −27 + 14 = −13
• y(−2) = −3 · (−2) 2 − 6 · (−2) − 4 = −3 · 4 + 12 − 4 = −12 + 12 − 4 = −4
• y(0) = −3 · 0 2 − 6 · 0 − 4 = −4
• y(1) = −3 · 1 2 − 6 · 1 − 4 = −3 −6 − 4 = −13

Отметим вспомогательные точки. Отмечаем на системе координат только те точки, которые не выходят за масштаб нашей системы координат, то есть точки « (−2; −4) » и « (0; −4) ». Построим и подпишем график функции.

Ваши комментарии

Важно!

Чтобы оставить комментарий, вам нужно войти на наш сайт при помощи «ВКонтакте».

Высшая математика и экономика

Для полного исследования функции и построения ее графика рекомендуется следующая схема:
А) найти область определения, точки разрыва; исследовать поведение функции вблизи точек разрыва (найти пределы функции слева и справа в этих точках). Указать вертикальные асимптоты.
Б) определить четность или нечетность функции и сделать вывод о наличии симметрии. Если , то функция четная, симметрична относительно оси OY; при функция нечетная, симметрична относительно начала координат; а если – функция общего вида.
В) найти точки пересечения функции с осями координат OY и OX (если это возможно), определить интервалы знакопостоянства функции. Границы интервалов знакопостоянства функции определяются точками, в которых функция равна нулю(нули функции) или не существует и границами области определения этой функции. В интервалах, где график функции расположен над осью OX, а где – под этой осью.
Г) найти первую производную функции, определить ее нули и интервалы знакопостоянства. В интервалах, где функция возрастает, а где убывает. Сделать заключение о наличие экстремумов (точек, где функция и производная существуют и при переходе через которые меняет знак. Если меняет знак с плюса на минус, то в этой точке функция имеет максимум, а если с минуса на плюс, то минимум). Найти значения функции в точках экстремумов.
Д) найти вторую производную , ее нули и интервалы знакопостоянства. В интервалах, где < 0 график функции выпуклый, а где – вогнутый. Сделать заключение о наличии точек перегиба и найти значения функции в этих точках.
Е) найти наклонные (горизонтальные) асимптоты, уравнения которых имеют вид ; где
.
При график функции будет иметь две наклонные асимптоты, причем каждому значению x при и могут соответствовать и два значения b.
Ж) найти дополнительные точки для уточнения графика (если в этом есть необходимость) и построить график.

Пример 1 Исследовать функцию и построить ее график. Решение: А) область определения ; функция непрерывна в области определения; – точка разрыва, т.к. ; . Тогда – вертикальная асимптота.
Б)
т.е. y(x)– функция общего вида.
В) Находим точки пересечения графика с осью OY: полагаем x=0; тогда y(0)=–1, т.е. график функции пересекает ось в точке (0;-1). Нули функции (точки пересечения графика с осью OX): полагаем y=0; тогда
.
Дискриминант квадратного уравнения меньше нуля, значит нулей не существует. Тогда границей интервалов знакопостоянства является точка x=1, где функция не существует.
Знак функции в каждом из интервалов определяем методом частных значений:

Из схемы видно, что в интервале график функции расположен под осью OX, а в интервале –над осью OX.
Г) Выясняем наличие критических точек.
.
Критические точки (где или не существует) находим из равенств и .

Получаем: x1=1, x2=0, x3=2. Составим вспомогательную таблицу

(В первой строке записываются критические точки и интервалы, на которые делят эти точки ось OX; во второй строке указываются значения производной в критических точках и знаки на интервалах. Знаки определяются методом частных значений. В третьей строке указываются значения функции y(x) в критических точках и показывается поведение функции – возрастание или убывание на соответствующих интервалах числовой оси. Дополнительно обозначается наличие минимума или максимума.
Д) Находим интервалы выпуклости и вогнутости фукнции.
; строим таблицу как в пункте Г); только во второй строке записываем знаки , а в третьей указываем вид выпуклости. Т.к. ; то критическая точка одна x=1.
Таблица 2

Точка x=1 является точкой перегиба.
Е) Находим наклонные и горизонтальные асимптоты

Тогда y=x – наклонная асимптота.
Ж) По полученным данным строим график функции

Пример2

Провести полное исследование функции и построить ее график. Решение.

1). Область определения функции.
Очевидно, что эта функция определена на всей числовой прямой, кроме точек “” и “”, т.к. в этих точках знаменатель равняется нулю и, следовательно, функция не существует, а прямые и – вертикальные асимптоты.

2). Поведение функции при стремлении аргумента к бесконечности, существование точек разрыва и проверка наличия наклонных асимптот.
Проверим сначала как ведет себя функция при приближении к бесконечности влево и вправо.

Таким образом, при функция стремится к 1, т.е. – горизонтальная асимптота.
В окрестности точек разрыва поведение функции определяется следующим образом:

Т.е. при приближении к точкам разрыва слева функция бесконечно убывает, справа – бесконечно возрастает.
Наличие наклонной асимптоты определим, рассмотрев равенство:

Наклонных асимптот нет.

3). Точки пересечения с осями координат.
Здесь необходимо рассмотреть две ситуации: найти точку пересечения с осью Ох и с осью Оу. Признаком пересечения с осью Ох является нулевое значение функции, т.е. необходимо решить уравнение:

Это уравнение не имеет корней, следовательно, точек пересечения с осью Ох у графика данной функции нет.
Признаком пересечения с осью Оу является значение х = 0. При этом
,
т.е. – точка пересечения графика функции с осью Оу.

4). Определение точек экстремума и промежутков возрастания и убывания.
Для исследования этого вопроса определим первую производную:
.
Приравняем к нулю значение первой производной.
.
Дробь равна нулю, когда равен нулю ее числитель, т.е. .
Определим промежутки возрастания и убывания функции.

Т.о., функция имеет одну точку экстремума и в двух точках не существует.
Таким образом, функция возрастает на промежутках и и убывает на промежутках и .

5). Точки перегиба и участки выпуклости и вогнутости.
Эта характеристика поведения функции определяется с помощью второй производной. Определим сначала наличие точек перегиба. Вторая производная функции равна

При и функция вогнута;

при и функция выпуклая.

6). Построение графика функции.
Используя в пунктах найденные величины, построим схематически график функции:

Пример3 Исследовать функцию и построить её график.

Решение
Заданная функция является непериодической функцией общего вида. Её график проходит через начало координат, так как .
Областью определения заданной функции являются все значения переменной , кроме и , при которых знаменатель дроби обращается в ноль.
Следовательно, точки и являются точками разрыва функции.
Так как ,
, то точка является точкой разрыва второго рода.
Так как ,
, то точка является точкой разрыва второго рода.
Прямые и являются вертикальными асимптотами графика функции.
Уравнения наклонных асимптот , где , .
При ,
.
Таким образом, при и график функции имеет одну асимптоту .
Найдем интервалы возрастания и убывания функции и точки экстремумов.
.
Первая производная функции при и , следовательно, при и функция возрастает.
При , следовательно, при , функция убывает.
не существует при , .

При переходе через точку меняет знак с «+» на
«-», следовательно, точка является точкой максимума функции, причем .
При переходе через точку меняет знак с «-» на «+», следовательно, точка является точкой минимума функции, причем ).
Найдем интервалы выпуклости, вогнутости графика функции и точки перегиба, используя вторую производную заданной функции, которая равна .
Вторая производная при , следовательно, при график функции вогнутый.
При , следовательно, при график функции выпуклый.

При переходе через точки , , меняет знак. При , функция не определена, следовательно, график функции имеет одну точку перегиба .
Построим график функции.

Математика

Урок 16: Построение графика функции с помощью производной, сопутствующие задачи

• Видео
• Тренажер
• Теория

Введение

Методика исследования функции, построение ее графика, включает в себя 2 этапа:

1. исследование без производной;

2. исследование с помощью производной.

Построение графика и исследование функции без производной

При исследовании функции без производной нахождение интервалов знакопостоянства и определение знаков функции на них выполнить очень затруднительно. Однако некоторые свойства данной функции можно узнать:

1. Область определения функции – это множество всех действительных чисел.

2. Если x стремится к , то и данная функция стремится к . Следовательно, множество значений функции – это вся числовая ось.

3. График этой функции симметричен относительно точки .

Рассмотрим функцию

Эта функция позволяет найти интервалы знакопостоянства и построить эскиз графика (см. Рис. 1).

Эта функция нечетная:

График нечетной функции симметричен относительно точки с координатами .

Рис. 1. График функции

При прибавлении 4 к функции график сдвинется на 4 единицы вверх по оси (см. Рис. 2): корни и пропадают, а корень сдвигается влево. Следовательно, график функции будет симметричен относительно точки .

Рис. 2. Схематичное изображение графиков функции и

Нам удалось установить, что функция имеет как минимум один корень, который меньше чем .

Построение графика и исследование функции с помощью производной

Приравниваем производную к 0 и находим критические точки:

– критические точки

Выделим интервалы знакопостоянства производной, которые определяют интервалы монотонности самой функции (см. Рис. 3).

До точки функция возрастала (производная была положительна), после этой точки функция убывает (производная отрицательная), следовательно, – это точка максимума.

До точки функция убывала, после этой точки функция возрастает, следовательно, – это точка минимума.

Рис. 3. График производной функции

Найдем значения функции в точках минимума и максимума:

Можно сделать вывод, что функция возрастает от до 6 и от 2 до ; функция убывает от 6 до 2.

На рисунке 4 показан график функции . Этот график читается следующим образом:

Если аргумент возрастает от до , то функция возрастает от до 6; если аргумент от до 1, то функция убывает от 6 до 2; если аргумент возрастает от 1 до , то функция возрастает от 2 до .

Рис. 4. График функции

Результаты исследования функции

1. при и при

2. при

3. – т. max

– т. min

3. . Наибольшего и наименьшего значения функции не существует.

Задача

Найти число корней уравнения в зависимости от параметра .

1. Перенесем в правую часть уравнения:

2. Построим график функции (см. Рис. 5) (как построить график этой функции см. выше).

Рис. 5. Иллюстрация к задаче

3. Рассечем этот график семейством прямых , при разных . Найдем точки пересечения этих прямых с графиком функции (см. Рис. 6).

Рис. 6. Иллюстрация к задаче

Уравнение имеет один корень при каждом из множества , а также из множества .

Уравнение имеет два корня при и при .

Уравнение имеет три корня при всех из множества .

Ответ: 1 корень:

2 корня: ; ;

3 корня: .

Частные случаи для задачи

1. Найти все значения параметра , при каждом из которых данное уравнение имеет ровно два различных корня.

Ответ: уравнение имеет два корня при и при .

2. Найти наибольшее натуральное значение параметра a, при котором уравнение имеет три различных корня.

Уравнение имеет три корня при всех из множества . В это множество входят такие натуральные числа: 3, 4, 5. Наибольшее из них – это 5.

Ответ: .

Общий план построения графика и исследования функции

Общий план состоит из двух этапов:

1. Этап А: исследование без производной.

2. Этап Б: исследование с производной.

1. Найти область определения функции .

2. Выделить интервалы знакопостоянства функции и определить знаки функции на них (для этого нужно приблизительно оценить расположение корней или точно найти их).

3. Найти точку пересечения графика с осью , для этого приравнять и вычислить .

4. Выяснить специфику функции:

— четность, нечетность, периодичность;

— наличие центра или оси симметрии.

5. Построить эскиз графика в окрестностях каждого корня (в окрестностях корня функция может возрастать, убывать, иметь точку максимума или минимума (см. Рис. 7)).

Рис. 7. Эскиз графиков в окрестностях корня

6. Построить эскиз графика функции в окрестностях точек разрыва области определения . Точки разрыва – это, как правило, корни знаменателя. Они могут определять вертикальные асимптоты.

7. Построить график функции в окрестностях бесконечно удаленных точек: .

1. Найти производную функции .

2. Найти интервалы знакопостоянства производной и определить знаки производной на них. Эти интервалы определяют интервалы монотонности самой функции.

3. Найти критические точки, исследовать их на экстремум.

4. Построить и описать график функции .

Предложенная схема работает особенно хорошо для функций вида: , где и – многочлены.

Список литературы

1. Мордкович А.Г., Семенов П. В. Алгебра и начала математического анализа, 10 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений. – М.: Мнемозина, 2009.

2. Мордкович А.Г. Алгебра и начала математического анализа, 10 класс. В 2 ч. Ч. 2. Задачник для учащихся общеобразовательных учреждений. – М.: Мнемозина, 2009.

3. Виленкин Н.Я., Ивашев-Мусатов О.С., Шварцбурд С.И. Алгебра и математический анализ для 10 класса (учебное пособие для учащихся школ и классов с углубленным изучением математики). – М.: Просвещение, 1996.

4. Колягин Ю.М., Сидоров Ю.В., Ткачева М.В., Федорова М.В., Шабунин М.И. Алгебра и начала математического анализа, 10 класс. Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений (профильный уровень). – М.: Мнемозина, 2009.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт «ЯКласс» (Источник)

2. Интернет-сайт «Вся элементарная математика» (Источник)

3. Интернет-сайт YouTube (Источник)

Домашнее задание

1. Задание 45.13, 45.15(а), 45.3 (б) (стр. 265) – Мордкович А.Г. Алгебра и начала математического анализа, 10 класс. В 2 ч. Ч. 2. Задачник (Источник)

2. Исследуйте функцию и постройте ее график .

Видеоурок: Построение графика функции f(x)=x 3 -3x+4 с помощью производной, сопутствующие задачи по предмету Алгебра за 10 класс.