教材 · 数学 Course 2 · 函数 · 函数

分数函数

分数関数

17 関数 / 分数関数と無理関数
一句话结论

分数函数先用除法化成 y=kx−p+qy=\dfrac{k}{x-p}+q:它是 y=kxy=\dfrac{k}{x} 平移 (p, q)(p,\,q) 得到的双曲线,渐近线是 x=px=p 和 y=qy=q。去分母解出的根要验分母不为 0;解分式不等式不能直接乘分母,要移项通分后看符号,或者看图。

把 y=2xy=\dfrac{2}{x} 想成面积固定为 2 的长方形:一边 xx 越长,另一边 yy 越短,却永远缩不到 0;xx 越短,yy 就越长。于是图像被两条永远碰不到的直线框住,分成两支。EJU 里的分数函数,几乎都是这条曲线挪了个位置。先找出框住它的两条线挪到了哪里,图像、值域、和直线的交点、不等式就都能从图上读出来。

为什么是这样

y=kxy=\dfrac{k}{x}(k≠0k\ne0)的定义域是 x≠0x\ne0。∣x∣|x| 很大时 yy 贴近 0,xx 贴近 0 时 ∣y∣|y| 无限变大,曲线贴近两条坐标轴却碰不到,这样的直线叫渐近线(漸近線)。k>0k>0 时 xx、yy 同号,图像在第一、三象限;k<0k<0 时在第二、四象限。(x, y)(x,\,y) 换成 (−x, −y)(-x,\,-y) 式子不变,所以图像关于原点对称。渐近线互相垂直的双曲线叫直角双曲线(直角双曲線)。

用 xx 的分式表示的函数叫分数函数(分数関数),定义域是使分母不为 0 的实数。把 y=3x−1x−1y=\dfrac{3x-1}{x-1} 的分子写成「分母的倍数+余数」:3x−1=3(x−1)+23x-1=3(x-1)+2,y=2x−1+3y=\dfrac{2}{x-1}+3。和二次函数的顶点式一样,这是把 y=2xy=\dfrac{2}{x} 向右移 1、向上移 3,渐近线移到 x=1x=1 和 y=3y=3。

所以渐近线就是图像的「新坐标轴」:以两条渐近线的交点 (p, q)(p,\,q) 为原点,照着 y=kxy=\dfrac{k}{x} 画即可。kx−p\dfrac{k}{x-p} 永远不等于 0,所以 yy 取不到 qq:定义域为 x≠px\ne p 时,值域是 y≠qy\ne q。

y=k/x 的图像,以及平移 (p, q) 后的 y=k/(x−p)+qxyOy=2/xy=−2/x第一象限第三象限xyO(1, 3)x=1y=3y=2/(x−1)+3左:k>0 在第一、三象限,k<0 在第二、四象限,两条坐标轴是渐近线。右:虚线 y=2/x 整条平移 (1, 3),渐近线变成 x=1、y=3,像一套新坐标轴。

定量表达

公式块是一般情形,做题时不必背,凑「分母的倍数+余数」即可:4x+12x−1=2(2x−1)+32x−1=2+32x−1\dfrac{4x+1}{2x-1}=\dfrac{2(2x-1)+3}{2x-1}=2+\dfrac{3}{2x-1},渐近线 x=12x=\dfrac12、y=2y=2。两个分数函数的图像能否平移重合,看化成 kx−p\dfrac{k}{x-p} 后的 kk 是否相同;相同时,平移量就是渐近线交点的位移。

y=kx−p+qy=\dfrac{k}{x-p}+q 在渐近线两侧各是一段单调的曲线:k>0k>0 时两支都单调减少,k<0k<0 时都单调增加。限定定义域求值域时,先看区间有没有跨过 x=px=p。不跨,值域就夹在区间两端的函数值之间;跨过,图像断成两段,要分开读,值域也是两段。

y=ax+bcx+d=kx−p+q,p=−dc,q=ac,k=bc−adc2y=\dfrac{ax+b}{cx+d}=\dfrac{k}{x-p}+q,\qquad p=-\dfrac{d}{c},\quad q=\dfrac{a}{c},\quad k=\dfrac{bc-ad}{c^2}
a, b, c, da,\ b,\ c,\ d
分子 ax+bax+b、分母 cx+dcx+d 的系数
pp
竖直渐近线 x=px=p 的位置,即分母为 0 的 xx
qq
水平渐近线 y=qy=q 的位置,等于分子、分母的 xx 系数之比
kk
平移前 y=kxy=\dfrac{k}{x} 的常数,k>0k>0 两支在渐近线交点的右上、左下,k<0k<0 在左上、右下
x, yx,\ y
自变量与函数值
适用条件
  • c≠0c\ne0。c=0c=0 时分母是常数,函数是一次函数
  • ad−bc≠0ad-bc\ne0。等于 0 时分子是分母的常数倍,函数化成常数 y=acy=\dfrac{a}{c}(x≠px\ne p),图像是挖掉一点的水平直线,不是双曲线
  • 定义域是 x≠px\ne p 的全体实数时,值域是 y≠qy\ne q;定义域被限制在一段区间上时,值域要从那段图像读

怎么用

求与直线的公共点(共有点):联立消去 yy,乘分母化成二次方程,解出的根要检查是否使分母为 0。解 f(x)<g(x)f(x)<g(x) 就是找 y=f(x)y=f(x) 在 y=g(x)y=g(x) 下方的 xx:先求交点,再看图读区间,除掉 x=px=p。已知渐近线 x=px=p、y=qy=q 求函数时,设 y=kx−p+qy=\dfrac{k}{x-p}+q,用经过的点求 kk,再通分和题目的式子比系数。

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