前言
从初中开始,我们就开始用笔在平面直角坐标系上作函数图象。随着对函数研究的不断深入,对作出的函数图象的精准度的要求也越来越高。以往我们只需要描一下点,在将点连起来即可。但用这种方法的话偏差可能会很大,所以我们不妨用一些技巧,使得我们作的函数图象与真实的函数图象尽量接近。
函数作图的技巧
在函数作图之前,我们要考察对函数的图象具有重要意义或影响的因素。函数作图的一般步骤如下:
- 确定函数的定义域
- 判定函数是否有奇偶性、周期性或其他对称性
- 确定函数的增减区间和极值点
- 确定函数的凹凸区间和拐点
- 确定函数的渐近线
- 求出函数在一些点的特殊值
- 根据上述信息绘出函数图象
例题
作函数 f ( x ) = ( x + 1 ) 2 x f(x)=\dfrac{(x+1)^2}{x} f(x)=x(x+1)2的图象
解:
f
\qquad f
f的定义域是
(
−
∞
,
0
)
⋃
(
0
,
+
∞
)
,
f
(
−
1
)
=
0
(-\infty,0)\bigcup(0,+\infty),f(-1)=0
(−∞,0)⋃(0,+∞),f(−1)=0
f ′ ( x ) = ( x + 1 ) ( x − 1 ) x 2 , f ′ ′ ( x ) = 2 x 3 f'(x)=\dfrac{(x+1)(x-1)}{x^2},f''(x)=\dfrac{2}{x^3} f′(x)=x2(x+1)(x−1),f′′(x)=x32
\qquad 可能的极值点 x 1 = − 1 , x 2 = 1 x_1=-1,x_2=1 x1=−1,x2=1
( − ∞ , − 1 ) (-\infty,-1) (−∞,−1) | − 1 -1 −1 | ( − 1 , 1 ) (-1,1) (−1,1) | 1 1 1 | ( 1 , ∞ ) (1,\infty) (1,∞) | |
---|---|---|---|---|---|
f ′ ( x ) f'(x) f′(x) | + + + | 0 0 0 | − - − | 0 0 0 | + + + |
f ( x ) f(x) f(x) | ↗ \nearrow ↗ | 极大值 | ↘ \searrow ↘ | 极小值 | ↗ \nearrow ↗ |
\qquad 单调递增区间: ( − ∞ , − 1 ] (-\infty,-1] (−∞,−1]和 [ 1 , + ∞ ) [1,+\infty) [1,+∞),单调递减区间: [ − 1 , 1 ] . [-1,1]. [−1,1].极大值点为 ( − 1 , 0 ) (-1,0) (−1,0),极小值点为 ( 1 , 4 ) (1,4) (1,4)
\qquad 可能的拐点: x = 0 x=0 x=0
( − ∞ , 0 ) (-\infty,0) (−∞,0) | 0 0 0 | ( 0 , ∞ ) (0,\infty) (0,∞) | |
---|---|---|---|
f ′ ′ ( x ) f''(x) f′′(x) | − - − | + + + | |
f ( x ) f(x) f(x) | 凸 | 拐点 | 凹 |
\qquad 凸区间: ( − ∞ , 0 ] (-\infty,0] (−∞,0],凹区间: [ 0 , + ∞ ) [0,+\infty) [0,+∞)
lim x → ∞ f ( x ) = ∞ , lim x → ∞ f ( x ) x = 1 , lim x → ∞ [ f ( x ) − x ] = 2 \qquad \lim\limits_{x\rightarrow\infty}f(x)=\infty,\qquad \lim\limits_{x\rightarrow\infty}\dfrac{f(x)}{x}=1,\qquad \lim\limits_{x\rightarrow\infty}[f(x)-x]=2 x→∞limf(x)=∞,x→∞limxf(x)=1,x→∞lim[f(x)−x]=2
\qquad 所以 f ( x ) f(x) f(x)的竖直渐近线为 x = 0 x=0 x=0,斜渐近线为 y = x + 2 y=x+2 y=x+2
\qquad 函数图象如下: