Пряма називається нахиленою асимптотою графіка функції при , де
. (18)
Якщо коефіцієнт , тоді така асимптота називається горизонтальною
.
Пряма називається вертикальною асимптотою графіка функції
, якщо
(або
).
Приклад 2. Знайти асимптоти графіка функції .
За формулою (18) знаходимо коефіцієнти і
нахиленої асимптоти:
Отже, пряма є нахиленою асимптотою графіка даної функції
як при
, так і при
. Оскільки
, то горизонтальних асимптот немає.
Нарешті, точка є точкою розриву даної функції
, причому
. Отже, пряма
(вісь ординат) є вертикальною асимптотою функції
, графік якої показано на Рис. 3.4.
20
у
10
0
0 х
-10
-20
-2 -1 0 1 2
Рис. 3.4. Графік функції
Наведемо загальну схему для побудови графіка функції :
1. Знайти область визначення функції.
2. Знайти точки перетину графіка функції з віссю ординат (покласти у формулі, яка задає функцію, х = 0) і віссю абсцис (розв’язати рівняння )
3. Знайти асимптоти функції.
4. Дослідити функцію на екстремум: знайти точки мінімуму, максимуму, а також точки перегину. Обчислити значення функції у цих точках. Встановити ділянки монотонності функції.
5. Побудувати схематичний графік функції .
При побудові графіка важливо врахувати його симетрію. Для цього корисно перевірити функцію на парність (непарність).
Зауваження. Функція називається парною (непарною), якщо виконується умова:
.
Також важливо перевірити функцію на періодичність: , де
– період функції
.
Приклад 3. Побудувати графік функції .
Згідно з наведеною вище схемою:
1. Область визначення функції (точка х = 1 є точкою розриву).
2. Графік даної функції перетинає вісь ординат у точці (при
). Оскільки рівняння
не має дійсних коренів, то графік даної функції взагалі не перетинає вісь абсцис.
3. Дослідимо поведінку функції поблизу точки розриву х = 1. Маємо: . Отже, пряма х = 1 є вертикальною асимптотою. За формулами (18) знаходимо:
+ max – – min +
![]() | |||||||||
![]() | |||||||||
![]() | |||||||||
![]() | |||||||||
![]() | |||||||||
1
x
Рис. 3.5. Дослідження функції на екстремум
Отже, пряма є нахилена асимптота даної функції. Горизонтальних асимптот немає.
4. Знайдемо першу похідну функції і прирівняємо її до нуля:
Відмітивши ці точки на осі х (Рис. 3.5), дослідимо їх на екстремум. Отже, є точкою максимуму,
, а
є точкою мінімуму,
. Функція зростає на інтервалах
і
. Функція спадає на інтервалі
. З’ясуємо, чи має дана функція точку перегину. Знайдемо її другу похідну:
. Отже, точок перегину функція немає.
5. Дана функція не є парною і не є непарною. Її графік наведено на Рис. 3.6.
40 y
30
20
10
1-
0
0
1 x
-10 1+
-20
-30
-40
-2 -1 0 1 2 3
Рис. 3.6. Графік функції
Функція двох змінних. Частинні похідні.
Градієнт функції.
Нехай задано закон , за яким кожній впорядкованій парі незалежних змінних
ставиться у відповідність хоча б єдине число z. Число z називають значенням функції f у точці
.
Приклад 1. Розглянемо функцію двох змінних . Область визначення цієї функції - це множина усіх точок, які задовольняють нерівність
(рівняння кола радіусом 1 з центром у початку координат). Множиною значень даної функції є відрізок
.
Нехай функція визначена у деякому околі точки
. Тоді частинна похідна цієї функції за змінною x (або y) визначається як звичайна похідна функції однієї змінної x (або y) за фіксованого значення змінної y (або x) і позначається так (частинна похідна першого порядку):
.
Приклад 2. Знайти частинні похідні першого порядку від функції .
.
Приклад 3. Знайти частинні похідні другого порядку від функції .
Для цього знайдемо спочатку частинні похідні першого порядку:
.
Далі отримуємо:
.
Зауваження. Похідні і
називаються мішаними частиннимипохідними.
Для характеристики швидкості зміни функції в точці у напрямку деякого одиничного вектора
зручно ввести поняття похідної за напрямком:
. (19)
Приклад 4. Обчислити похідну функції у точці
за напрямком вектора
, де А - точка з координатами
.
Спочатку знайдемо координати одиничного вектора , який задає напрямок
:
. Далі обчислимо частинні похідні функції z у точці
:
.
За формулою (19) маємо: .
Градієнтом функції називається вектор, який у декартовій системі координат визначається за формулою:
. (20)
Зауваження. У просторі градієнт функції визначається за такою формулою:
.
З урахуванням виразу (20) формулу (19) можна переписати так
,
де - кут між векторами
і
. Звідси випливає, що похідна функції за напрямком має найбільшу величину при
, тобто коли напрямок вектора
збігається з напрямком вектора
.
Отже, градієнт функції у точці
характеризує напрямок і величину максимальної швидкості зростання цієї функції в даній точці.