Funkcja homograficzna

1. Zaczynamy od hiperboli

Przypomnijmy funkcję proporcjonalności odwrotnej:

y = ax,   a ≠ 0,   x ≠ 0

Jej wykresem jest hiperbola, która ma dwie gałęzie. Gdy a > 0, gałęzie leżą w I i III ćwiartce, a gdy a < 0 – w II i IV ćwiartce.

-6-4-2246-6-4-2246xy

Przykład: y = 2x. Pomarańczowe linie przerywane to asymptoty: x = 0 oraz y = 0.

Co to jest asymptota? To prosta, do której wykres coraz bardziej się zbliża. Dla y = ax są to osie układu współrzędnych: x = 0 i y = 0. Wykres ich nie przecina.

2. Czym jest funkcja homograficzna?

Funkcja homograficzna ma postać ogólną:

f(x) = Ax + BCx + D

gdzie C ≠ 0 oraz AD − BC ≠ 0. Drugi warunek sprawia, że funkcja nie upraszcza się do stałej.

Do rysowania wykresu wygodniejsza jest postać kanoniczna:

f(x) = ax − p + q,   a ≠ 0
Zapamiętaj: p mówi, o ile przesuwamy hiperbolę w poziomie, a q – w pionie. Asymptoty mają równania x = p i y = q. Środek symetrii wykresu to punkt S = (p, q).

Jak rozumieć przesunięcia?

WzórPrzesunięcie
2x − 33 w prawo
2x + 33 w lewo
2x + 44 w górę
2x − 44 w dół

Uwaga na znak! W mianowniku x − 3 oznacza przesunięcie w prawo, a x + 3 – w lewo.

3. Przykład – rysujemy wykres

Przykład 1. Naszkicuj wykres funkcji f(x) = 2x − 3 + 1.
  1. Rozpoczynamy od hiperboli y = 2x.
  2. Przesuwamy ją 3 jednostki w prawo i 1 jednostkę w górę.
  3. Rysujemy asymptoty: x = 3 oraz y = 1.
  4. Obliczamy kilka punktów: f(4) = 3, f(5) = 2, f(2) = −1, f(1) = 0.
  5. Zaznaczamy punkty (4, 3), (5, 2), (2, −1), (1, 0) i szkicujemy dwie gałęzie.
-6-4-2246-6-4-2246xy

Środek symetrii: S = (3, 1).

4. Jak zamienić postać ogólną na kanoniczną?

Przykład 2. Przekształć f(x) = 3x − 1x − 1 do postaci kanonicznej.

Krok 1. Chcemy uzyskać w liczniku wielokrotność mianownika. Ponieważ 3(x − 1) = 3x − 3, musimy dodać 2.

3x − 1x − 1 = 3(x − 1) + 2x − 1

Krok 2. Rozdzielamy ułamek na sumę:

3(x − 1)x − 1 + 2x − 1 = 3 + 2x − 1

Odpowiedź: f(x) = 2x − 1 + 3. Asymptoty: x = 1 oraz y = 3.

Można też podzielić licznik przez mianownik. Otrzymujemy iloraz 3 i resztę 2.

5. Najważniejsze własności

Rozważmy funkcję f(x) = 2x − 3 + 1.

WłasnośćJak wyznaczyć?
Dziedzinaℝ ∖ {3} – mianownik nie może być zerem
Zbiór wartościℝ ∖ {1} – funkcja nie przyjmuje wartości asymptoty poziomej
Asymptotyx = 3, y = 1
Środek symetriiS = (3, 1)
Miejsce zerowex = 1
MonotonicznośćMalejąca osobno na (−∞, 3) i (3, +∞)

Jak obliczyć miejsce zerowe? Przyrównujemy funkcję do zera:

2x − 3 + 1 = 0   ⇔   2x − 3 = −1   ⇔   2 = −(x − 3)   ⇔   x = 1

Jak znaleźć przecięcie z osią OY? Podstawiamy x = 0:

f(0) = 2−3 + 1 = 13

Otrzymujemy punkt (0, 13).

Monotoniczność: jeśli a > 0, funkcja ax − p + q jest malejąca na każdym z dwóch przedziałów swojej dziedziny. Jeśli a < 0, jest rosnąca na każdym z nich. Nie łączymy tych dwóch przedziałów w jeden.

6. Kiedy funkcja jest dodatnia, a kiedy ujemna?

Co oznacza, że funkcja jest dodatnia lub ujemna? Dla każdej liczby x z dziedziny funkcja daje wynik f(x). Sprawdzamy, kiedy ten wynik jest większy od zera, a kiedy mniejszy.

  • f(x) > 0 – funkcja przyjmuje wartości dodatnie, czyli wykres leży nad osią OX.
  • f(x) < 0 – funkcja przyjmuje wartości ujemne, czyli wykres leży pod osią OX.
  • f(x) = 0 – to miejsce zerowe, czyli punkt wykresu na osi OX.

Po co to robimy? Dzięki temu umiemy odpowiedzieć na pytania: „dla jakich x wynik jest dodatni?” i „kiedy wykres znajduje się poniżej osi OX?”. To także sposób rozwiązywania nierówności, np. f(x) > 0.

Jak sprawdzić znak ułamka? Jeśli licznik i mianownik mają ten sam znak, ułamek jest dodatni. Jeśli mają różne znaki, ułamek jest ujemny. Najpierw znajdujemy miejsca zerowe licznika i mianownika, a potem sprawdzamy znaki w kolejnych przedziałach.

Uwaga: jeśli mianownik jest równy zero, funkcja nie jest określona – takiej liczby nie wolno uwzględnić w odpowiedzi.

xyZielony: f(x) > 0Pomarańczowy: f(x) < 0−12

Jak czytać wykres? Zielone fragmenty znajdują się nad osią OX (wynik dodatni), pomarańczowy pod osią OX (wynik ujemny). Punkt x = 2 to miejsce zerowe, a x = −1 jest wykluczony z dziedziny.

Przykład 3. Zbadaj znak funkcji f(x) = x − 2x + 1.

W liczniku jest zero dla x = 2, a w mianowniku dla x = −1 (tej liczby nie wolno podstawiać).

Dzielimy oś na przedziały: (−∞, −1), (−1, 2), (2, +∞).

PrzedziałZnak licznikaZnak mianownikaZnak f(x)
x < −1−−+
−1 < x < 2−+−
x > 2+++

Odpowiedź: f(x) > 0 dla x ∈ (−∞, −1) ∪ (2, +∞), a f(x) < 0 dla x ∈ (−1, 2). Dla x = 2 funkcja jest równa zero.

7. Czy funkcja jest różnowartościowa?

Funkcja różnowartościowa to taka, w której dwa różne argumenty nie mogą dać tego samego wyniku. Innymi słowy: jeżeli x₁ ≠ x₂, to f(x₁) ≠ f(x₂).

Jak rozpoznać ją na wykresie? Każda pozioma prosta może przeciąć wykres co najwyżej raz.

Każda prawdziwa funkcja homograficzna jest różnowartościowa w całej swojej dziedzinie. Przykładowo funkcja poniżej nigdy nie przyjmie tej samej wartości dla dwóch różnych argumentów:

f(x) = 2x − 3 + 1

Dlaczego? Gdyby dla dwóch argumentów x₁ i x₂ wyniki były równe, to po odjęciu 1 i pomnożeniu przez mianowniki otrzymalibyśmy x₁ = x₂. A więc różne argumenty nie mogą mieć jednakowych wyników.

xyKażda pozioma prosta przecina wykres tylko raz

Jak czytać wykres? Fioletowe poziome linie przecinają niebieską hiperbolę każda w jednym punkcie. Tak będzie dla każdej poziomej prostej – dlatego funkcja jest różnowartościowa.

Zadanie – różnowartościowość

Sprawdź, czy funkcja f(x) = 3x + 2 − 4 jest różnowartościowa.

Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Funkcja ma postać kanoniczną z licznikiem 3 ≠ 0, więc jest funkcją homograficzną.

Krok 2. Każda funkcja homograficzna jest różnowartościowa w swojej dziedzinie.

Odpowiedź: Tak, funkcja jest różnowartościowa dla x ≠ −2.

8. Zadania do ćwiczeń

Najpierw spróbuj samodzielnie. Kliknij „Pokaż rozwiązanie”, żeby zobaczyć kolejne kroki.

Zadanie 1. Podaj dziedzinę funkcji f(x) = 5x + 4 − 2.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Mianownik nie może być równy zero: x + 4 ≠ 0.

Krok 2. Stąd x ≠ −4.

Odpowiedź: D = ℝ ∖ {−4}.

Zadanie 2. Dla f(x) = −3x − 2 + 4 podaj asymptoty, środek symetrii i zbiór wartości.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Porównujemy wzór z ax − p + q: p = 2, q = 4.

Krok 2. Asymptoty: x = 2 oraz y = 4.

Krok 3. Środek symetrii: S = (2, 4).

Krok 4. Wartość 4 jest wykluczona.

Odpowiedź: ZW = ℝ ∖ {4}.

Zadanie 3. Przekształć f(x) = x + 5x + 2 do postaci kanonicznej. Podaj asymptoty.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. x + 5 = (x + 2) + 3.

f(x) = (x + 2) + 3x + 2 = 1 + 3x + 2

Krok 2. p = −2, q = 1.

Odpowiedź: f(x) = 3x + 2 + 1, asymptoty x = −2, y = 1.

Zadanie 4. Oblicz miejsce zerowe i punkt przecięcia z osią OY funkcji f(x) = 2x − 6x + 1.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Miejsce zerowe: 2x − 6 = 0, więc x = 3. Mianownik dla x = 3 jest różny od zera.

Krok 2. Dla osi OY podstawiamy x = 0: f(0) = −6.

Odpowiedź: (3, 0) i (0, −6).

Zadanie 5. Naszkicuj wykres f(x) = −2x + 1 + 2. Podaj asymptoty i monotoniczność.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Zaczynamy od y = −2x.

Krok 2. Przesuwamy wykres o 1 w lewo i 2 w górę.

Krok 3. Asymptoty to x = −1 i y = 2.

Krok 4. Ponieważ a = −2 < 0, funkcja jest rosnąca osobno na (−∞, −1) i (−1, +∞).

Krok 5. Przykładowe punkty: (0, 0), (1, 1), (−2, 4).

-6-4-2246-6-4-2246xy
Zadanie 6. Rozwiąż nierówność x − 4x − 5 > 0.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Dziedzina. Mianownik nie może być zerem:

x − 5 ≠ 0   ⇒   x ≠ 5

Krok 2. Mnożymy obie strony nierówności przez kwadrat mianownika. Dla x ≠ 5 liczba (x − 5)² jest dodatnia, więc znak nierówności się nie zmienia.

x − 4x − 5 · (x − 5)² > 0 · (x − 5)²
(x − 4)(x − 5) > 0

Krok 3. Miejsca zerowe. Przyrównujemy iloczyn do zera:

(x − 4)(x − 5) = 0   ⇒   x₁ = 4,   x₂ = 5

Nie potrzebujemy delty, bo wielomian jest już rozłożony na czynniki.

Krok 4. Odczytujemy znak z paraboli. Współczynnik przy x² jest dodatni, więc ramiona paraboli są skierowane w górę. Szukamy miejsc, w których parabola leży nad osią OX.

45x +−+

Krok 5. Odpowiedź. Nie uwzględniamy 4, bo nierówność jest ostra, ani 5, bo jest wykluczone z dziedziny.

x ∈ (−∞, 4) ∪ (5, +∞)
Zadanie 7. Wyznacz parametr m, jeśli punkt P = (−3, 2) należy do wykresu f(x) = 4x + m−3x − 1.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Podstawiamy współrzędne punktu P = (−3, 2). Zatem x = −3, a f(x) = 2.

L = 2
P = 4 · (−3) + m−3 · (−3) − 1
= −12 + m9 − 1
= m − 128

Krok 2. Zapisujemy L = P i rozwiązujemy równanie.

2 = m − 128   | · 8
16 = m − 12   | + 12
28 = m

Odpowiedź: m = 28.

Zadanie 8. Wyznacz wszystkie punkty o obu współrzędnych całkowitych na wykresie f(x) = 2x − 1x − 3.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Przekształcamy wzór:

f(x) = 2x − 1x − 3
= 2(x − 3) + 5x − 3
= 2(x − 3)x − 3 + 5x − 3
= 2 + 5x − 3

Krok 2. Aby dla całkowitego x wynik był całkowity, x − 3 musi być całkowitym dzielnikiem liczby 5: −5, −1, 1 lub 5.

Krok 3. Stąd x = −2, 2, 4, 8.

Krok 4. Obliczamy y: odpowiednio 1, −3, 7, 3.

Odpowiedź: (−2, 1), (2, −3), (4, 7), (8, 3).

Zadanie 9. Dla jakich wartości parametru k funkcja f(x) = kx + 6x + 2 nie jest funkcją homograficzną?
Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Krok 1. Dla postaci Ax+BCx+D sprawdzamy AD − BC ≠ 0.

Krok 2. Tutaj A = k, B = 6, C = 1, D = 2, zatem AD − BC = 2k − 6.

Krok 3. Warunek nie jest spełniony, gdy 2k − 6 = 0.

Odpowiedź: k = 3. Wtedy f(x) = 3 dla x ≠ −2 – jest to funkcja stała z usuniętym punktem.

9. Podsumowanie – co trzeba umieć?

✓ Rozpoznać wzór funkcji homograficznej.

✓ Przekształcić postać ogólną na kanoniczną.

✓ Wyznaczyć dziedzinę, zbiór wartości i asymptoty.

✓ Naszkicować wykres i odczytać jego przesunięcie.

✓ Obliczyć miejsca zerowe i przecięcie z osią OY.

✓ Określić monotoniczność i znak funkcji.

✓ Rozwiązywać zadania z parametrem i punktami całkowitymi.

Wskazówka: jeśli w zadaniu masz narysować wykres, zacznij od asymptot. To najłatwiejszy sposób, by uniknąć błędów.

Chcesz przerobić ten temat na spokojnie?

Umów bezpłatną lekcję próbną — wytłumaczę Ci wszystko krok po kroku.

Umów lekcję próbną