Funkcja homograficzna — 10 zadań z rozwiązaniami
Przesunięcia wykresów, asymptoty, dziedzina, zbiór wartości, monotoniczność, miejsca zerowe i nierówności. Najpierw przeczytaj polecenie, a potem kliknij „Rozwiń rozwiązanie krok po kroku”.
Wektor przesunięcia
Wykres funkcji \(h\) otrzymano z wykresu funkcji \(f\) przez przesunięcie o wektor \(\vec v=[p,q]\). Wyznacz współrzędne wektora.
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Zapisz obie funkcje w postaci kanonicznej.
\[f(x)=\frac{2(x-3)+5}{x-3}=2+\frac5{x-3}\] \[h(x)=\frac{2(x+1)+5}{x+1}=2+\frac5{x+1}.\]Krok 2. Porównaj asymptoty.
Funkcja \(f\) ma asymptoty \(x=3\) i \(y=2\), natomiast \(h\) ma asymptoty \(x=-1\) i \(y=2\).
Zmiana w poziomie: \(p=-1-3=-4\). Zmiana w pionie: \(q=2-2=0\).
Czy istnieje takie przesunięcie?
Czy istnieje wektor przesunięcia, który przekształca wykres funkcji \(f\) w wykres funkcji \(g\)? Uzasadnij odpowiedź.
\[f(x)=\frac{2x-5}{x+2},\qquad g(x)=\frac{3x+2}{x-1}.\]Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Przekształć obie funkcje.
\[f(x)=\frac{2(x+2)-9}{x+2}=2-\frac9{x+2}\] \[g(x)=\frac{3(x-1)+5}{x-1}=3+\frac5{x-1}.\]Krok 2. Porównaj współczynniki przed ułamkami.
Przesunięcie wykresu \(y=\frac a{x-p}+q\) może zmienić \(p\) i \(q\), ale nie zmienia parametru \(a\).
Dla \(f\) mamy \(a=-9\), a dla \(g\) mamy \(a=5\). Są różne.
Parametry funkcji i jej asymptoty
Dana jest funkcja \(f(x)=\frac{2ax+b}{cx+2}\). Wyznacz \(a,b,c\), jeśli wykres przechodzi przez punkt \(A=(3,5)\), a asymptoty mają równania \(x=-1\) i \(y=4\). Naszkicuj wykres funkcji.
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Skorzystaj z asymptoty pionowej \(x=-1\).
Mianownik musi zerować się dla \(x=-1\):
\[c\cdot(-1)+2=0\quad\Longrightarrow\quad\boxed{c=2}.\]Krok 2. Skorzystaj z asymptoty poziomej \(y=4\).
Asymptota pozioma to iloraz współczynników przy najwyższej potędze \(x\):
\[\frac{2a}{c}=4\quad\Longrightarrow\quad\frac{2a}{2}=4\quad\Longrightarrow\quad\boxed{a=4}.\]Krok 3. Podstaw punkt \(A=(3,5)\).
\[5=\frac{2\cdot4\cdot3+b}{2\cdot3+2}=\frac{24+b}{8}\] \[40=24+b\quad\Longrightarrow\quad\boxed{b=16}.\]Krok 4. Zapisz wzór i przygotuj wykres.
\[f(x)=\frac{8x+16}{2x+2}=\frac{4x+8}{x+1}=4+\frac4{x+1}.\]Asymptoty: \(x=-1\), \(y=4\). Punkty pomocnicze: \((-2,0)\), \((0,8)\), \(A=(3,5)\).
Wyznacz parametr k
Wyznacz \(k\), jeśli wykres funkcji \(f(x)=\frac{3x+k}{2x-4}\) przechodzi przez punkt \(P=(3,4)\). Wyznacz asymptoty i naszkicuj wykres.
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Podstaw współrzędne punktu \(P\).
\[4=\frac{3\cdot3+k}{2\cdot3-4}=\frac{9+k}{2}\] \[8=9+k\quad\Longrightarrow\quad\boxed{k=-1}.\]Krok 2. Zapisz funkcję w postaci kanonicznej.
\[f(x)=\frac{3x-1}{2x-4}=\frac{3(x-2)+5}{2(x-2)}=\frac{5}{2(x-2)}+\frac32.\]Krok 3. Odczytaj asymptoty.
\[\boxed{x=2},\qquad\boxed{y=\frac32}.\]Krok 4. Zaznacz dodatkowe punkty.
Miejsce zerowe: \(3x-1=0\), stąd \(x=\frac13\). Dla \(x=0\) mamy \(f(0)=\frac14\). Wykres przechodzi także przez \(P=(3,4)\).
Dowód nieparzystości
Udowodnij, że funkcja jest nieparzysta. Pamiętaj o dziedzinie.
\[f(x)=\frac1{x-3}+\frac1{x+3}.\]Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
Co to znaczy, że funkcja jest parzysta lub nieparzysta?
Funkcja parzysta daje taki sam wynik dla liczby i liczby przeciwnej, np. gdy \(f(2)=5\), to również \(f(-2)=5\). Zapisujemy: \(\boxed{f(-x)=f(x)}\). Jej wykres jest symetryczny względem osi \(OY\) — lewa część jest lustrzanym odbiciem prawej.
Funkcja nieparzysta daje przeciwne wyniki dla liczb przeciwnych, np. gdy \(f(2)=5\), to \(f(-2)=-5\). Zapisujemy: \(\boxed{f(-x)=-f(x)}\). Jej wykres jest symetryczny względem początku układu współrzędnych: obrót o \(180^\circ\) nie zmienia wyglądu wykresu.
Krok 1. Wyznacz dziedzinę i sprawdź jej symetrię.
W funkcji \(f(x)=\frac1{x-3}+\frac1{x+3}\) żaden mianownik nie może być zerem:
\[x-3\neq0\Rightarrow x\neq3,\qquad x+3\neq0\Rightarrow x\neq-3.\] \[\boxed{D_f=\mathbb R\setminus\{-3,3\}}.\]Usuwamy z dziedziny obie liczby przeciwne: \(-3\) i \(3\). Dla każdego pozostałego argumentu \(x\) także \(-x\) należy do dziedziny, więc dziedzina jest symetryczna względem zera.
Krok 2. Podstaw \(-x\) za każdy \(x\).
\[f(-x)=\frac1{-x-3}+\frac1{-x+3}.\]Krok 3. Uporządkuj znaki.
W pierwszym mianowniku \(-x-3=-(x+3)\), a w drugim \(-x+3=-(x-3)\). Minus z mianownika możemy zapisać przed ułamkiem:
\[f(-x)=-\frac1{x+3}-\frac1{x-3}.\]Zmieniamy kolejność składników i wyłączamy wspólny minus:
\[f(-x)=-\left(\frac1{x-3}+\frac1{x+3}\right).\]Nawias jest dokładnie taki sam jak w wyjściowym wzorze na \(f(x)\). Oznacza to, że \(f(-x)=-f(x)\).
Krok 4. Sprawdź na konkretnych liczbach (pomocniczo).
\[f(1)=\frac1{-2}+\frac14=-\frac14,\qquad f(-1)=\frac1{-4}+\frac12=\frac14.\]Widzimy, że wartości są przeciwne. Ten przykład pomaga zrozumieć wynik, ale pełnym dowodem jest przekształcenie w kroku 3, które działa dla każdego argumentu z dziedziny.
Dowód parzystości
Udowodnij, że funkcja jest parzysta. Pamiętaj o dziedzinie.
\[f(x)=\frac2{x-4}-\frac2{x+4}.\]Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
Przypomnienie: funkcja jest parzysta, jeżeli dla dowolnego dopuszczalnego \(x\) zachodzi \(\boxed{f(-x)=f(x)}\). Oznacza to, że argumenty przeciwne mają tę samą wartość funkcji, a wykres jest symetryczny względem osi \(OY\).
Krok 1. Wyznacz dziedzinę i sprawdź jej symetrię.
Mianowniki nie mogą się zerować, więc \(x\neq4\) oraz \(x\neq-4\).
\[\boxed{D_f=\mathbb R\setminus\{-4,4\}}.\]Z dziedziny usunięto liczby przeciwne \(-4\) i \(4\), dlatego jest ona symetryczna względem zera.
Krok 2. W miejsce \(x\) wstaw \(-x\).
\[f(-x)=\frac2{-x-4}-\frac2{-x+4}.\]Krok 3. Uprość znaki i porównaj z początkową funkcją.
\[f(-x)=-\frac2{x+4}+\frac2{x-4}\] \[=\frac2{x-4}-\frac2{x+4}=f(x).\]Otrzymaliśmy dokładnie ten sam wzór, który był na początku — a nie jego przeciwieństwo.
Krok 4. Przykład liczbowy.
\[f(1)=\frac2{-3}-\frac25=-\frac{16}{15},\qquad f(-1)=-\frac25-\frac23=-\frac{16}{15}.\]W obu przypadkach wynik jest taki sam, co ilustruje parzystość. Sam przykład z dwiema liczbami nie zastępuje dowodu algebraicznego z kroku 3.
Analiza funkcji homograficznej
Dana jest funkcja \(f(x)=\frac{2x+1}{x-3}\).
- Podaj dziedzinę i zbiór wartości.
- Zapisz funkcję w postaci \(\frac a{x-p}+q\).
- Wyznacz asymptoty i naszkicuj wykres.
- Podaj przedziały monotoniczności.
- Oblicz miejsce zerowe.
- Rozwiąż nierówność \(f(x)>0\).
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
a) Dziedzina i zbiór wartości
Ze wzoru \(x-3\neq0\) wynika \(x\neq3\). Zbiór wartości odczytamy z postaci kanonicznej:
\[\boxed{D_f=\mathbb R\setminus\{3\}}.\]b) Postać kanoniczna
\[f(x)=\frac{2(x-3)+7}{x-3}=\frac7{x-3}+2.\]Wartość \(2\) nie jest przyjmowana, bo \(\frac7{x-3}\neq0\).
\[\boxed{W_f=\mathbb R\setminus\{2\}}.\]c) Asymptoty i wykres
\[\boxed{x=3},\qquad\boxed{y=2}.\]Wykres \(y=\frac7x\) przesunięto o 3 w prawo i 2 w górę.
d) Monotoniczność
Współczynnik \(a=7>0\), więc funkcja maleje osobno na obu przedziałach dziedziny:
\[\boxed{(-\infty,3)\quad\text{i}\quad(3,\infty)}.\]e) Miejsce zerowe
\[2x+1=0\quad\Longrightarrow\quad\boxed{x=-\frac12}.\]f) Rozwiąż nierówność \(f(x)>0\) metodą mnożenia przez kwadrat mianownika.
\[\frac{2x+1}{x-3}>0.\]Krok 1. Pamiętamy o dziedzinie: \(x\neq3\).
Krok 2. Mnożymy obie strony przez \((x-3)^2\):
\[\frac{2x+1}{x-3}\cdot(x-3)^2>0\cdot(x-3)^2.\]Dlaczego przez kwadrat, a nie przez samo \(x-3\)? Ponieważ dla \(x\neq3\) wyrażenie \((x-3)^2\) jest zawsze dodatnie. Dlatego znak nierówności nie zmienia się.
Po skróceniu jednego czynnika \(x-3\):
\[\boxed{(2x+1)(x-3)>0}.\]Krok 3. Wyznaczamy miejsca zerowe obu czynników:
\[2x+1=0\Longrightarrow x=-\frac12,\qquad x-3=0\Longrightarrow x=3.\]Krok 4. Rozwiązujemy nierówność iloczynową. Iloczyn jest dodatni, gdy oba czynniki mają ten sam znak. Sprawdzamy przedziały:
| Przedział | \(2x+1\) | \(x-3\) | Iloczyn |
|---|---|---|---|
| \(x<-\frac12\) | − | − | + |
\(-\frac12| + | − | − | |
| \(x>3\) | + | + | + |
Odpowiadają nam pierwszy i trzeci przedział. Końców nie dołączamy: nierówność jest ostra, a \(x=3\) nie należy do dziedziny.
Przesunięcie wykresu o wektor
Dana jest funkcja \(f(x)=\frac4x\). Wykres \(g\) otrzymano przez przesunięcie wykresu \(f\) o wektor \([-2,3]\).
- Wyznacz wzór \(g\).
- Naszkicuj wykres.
- Podaj dziedzinę i zbiór wartości.
- Wyznacz asymptoty.
- Podaj przedziały monotoniczności.
- Oblicz miejsce zerowe.
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
a) Wzór funkcji
Przesuwamy wykres o 2 w lewo, więc zastępujemy \(x\) przez \(x+2\). Przesuwamy też o 3 w górę, więc dodajemy 3:
\[\boxed{g(x)=\frac4{x+2}+3}.\]b) Wykres
c) Dziedzina i zbiór wartości
\[x+2\neq0\quad\Longrightarrow\quad\boxed{D_g=\mathbb R\setminus\{-2\}}.\] \[\boxed{W_g=\mathbb R\setminus\{3\}}.\]d) Asymptoty
\[\boxed{x=-2},\qquad\boxed{y=3}.\]e) Monotoniczność
Współczynnik \(a=4>0\), więc funkcja maleje na:
\[\boxed{(-\infty,-2)\quad\text{i}\quad(-2,\infty)}.\]f) Miejsce zerowe
\[\frac4{x+2}+3=0\quad\Longrightarrow\quad\frac4{x+2}=-3\] \[4=-3(x+2)=-3x-6\] \[10=-3x\quad\Longrightarrow\quad\boxed{x=-\frac{10}{3}}.\]Funkcja przechodząca przez punkt A
Wykres funkcji \(f(x)=\frac ax\), gdzie \(a\neq0\), przechodzi przez punkt \(A=(-2,3)\).
- Wyznacz \(a\).
- Naszkicuj wykres \(f\).
- Naszkicuj wykres funkcji \(g(x)=f(x+2)+1\).
- Zapisz wzór \(g\).
- Podaj dziedzinę i zbiór wartości \(g\).
- Podaj przedziały monotoniczności \(g\).
- Oblicz miejsce zerowe \(g\).
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
a) Wyznacz \(a\)
\[3=\frac a{-2}\quad\Longrightarrow\quad\boxed{a=-6}.\]Otrzymujemy \(f(x)=-\frac6x\).
b) Wykres funkcji \(f\)
Ponieważ \(a=-6<0\), gałęzie leżą w II i IV ćwiartce. Asymptoty: \(x=0\), \(y=0\).
c) Wykres funkcji \(g\)
Przesuwamy wykres \(f\) o 2 w lewo i 1 w górę.
d) Wzór funkcji \(g\)
\[g(x)=f(x+2)+1=\boxed{-\frac6{x+2}+1}.\]e) Dziedzina i zbiór wartości
\[\boxed{D_g=\mathbb R\setminus\{-2\}},\qquad\boxed{W_g=\mathbb R\setminus\{1\}}.\]Asymptoty: \(x=-2\), \(y=1\).
f) Monotoniczność
Współczynnik \(a=-6<0\), więc funkcja jest rosnąca na:
\[\boxed{(-\infty,-2)\quad\text{i}\quad(-2,\infty)}.\]g) Miejsce zerowe
\[-\frac6{x+2}+1=0\quad\Longrightarrow\quad-6=-(x+2)\] \[-6=-x-2\quad\Longrightarrow\quad-4=-x\quad\Longrightarrow\quad\boxed{x=4}.\]Przesunięcie wykresu i nierówność
Wykres funkcji \(f(x)=\frac ax\), gdzie \(a\neq0\), przechodzi przez punkt \(P=(4,2)\).
- Wyznacz \(a\).
- Zapisz wzór \(g(x)=f(x-3)-1\).
- Naszkicuj wykres \(g\).
- Wyznacz asymptoty.
- Podaj dziedzinę i zbiór wartości.
- Podaj przedziały monotoniczności.
- Oblicz miejsce zerowe.
- Rozwiąż nierówność \(g(x)>0\).
Rozwiń rozwiązanie krok po kroku
a) Wyznacz \(a\)
\[2=\frac a4\quad\Longrightarrow\quad\boxed{a=8}.\]Zatem \(f(x)=\frac8x\).
b) Wzór funkcji \(g\)
\[\boxed{g(x)=f(x-3)-1=\frac8{x-3}-1}.\]c) Wykres funkcji \(g\)
Wykres \(f\) przesuwamy o 3 jednostki w prawo i 1 jednostkę w dół.
d) Asymptoty
\[\boxed{x=3},\qquad\boxed{y=-1}.\]e) Dziedzina i zbiór wartości
\[\boxed{D_g=\mathbb R\setminus\{3\}},\qquad\boxed{W_g=\mathbb R\setminus\{-1\}}.\]f) Monotoniczność
Współczynnik \(a=8>0\), więc funkcja jest malejąca na:
\[\boxed{(-\infty,3)\quad\text{i}\quad(3,\infty)}.\]g) Miejsce zerowe
\[\frac8{x-3}-1=0\quad\Longrightarrow\quad\frac8{x-3}=1\] \[8=x-3\quad\Longrightarrow\quad\boxed{x=11}.\]h) Rozwiąż \(g(x)>0\)
Krok 1. Sprowadź wyrażenie do jednego ułamka:
\[\frac8{x-3}-1>0\quad\Longleftrightarrow\quad\frac{8-(x-3)}{x-3}>0\] \[\frac{11-x}{x-3}>0,\qquad x\neq3.\]Krok 2. Pomnóż obie strony przez dodatni kwadrat mianownika \((x-3)^2\). Znak nierówności pozostaje bez zmian:
\[\frac{11-x}{x-3}\cdot(x-3)^2>0\cdot(x-3)^2\] \[\boxed{(11-x)(x-3)>0}.\]Krok 3. Wyznacz miejsca zerowe czynników: \(x=11\) i \(x=3\).
Krok 4. Sprawdź znaki iloczynu:
| Przedział | \(11-x\) | \(x-3\) | Iloczyn |
|---|---|---|---|
| \(x<3\) | + | − | − |
\(3| + | + | + | |
| \(x>11\) | − | + | − |
Iloczyn jest dodatni tylko pomiędzy \(3\) i \(11\). Końce przedziału wykluczamy.