Giới thiệu về hàm phân thức bậc nhất trên bậc nhất
Trong chương trình toán học lớp 12, hàm phân thức bậc nhất trên bậc nhất là một trong những dạng hàm số cơ bản nhưng rất quan trọng. Việc nắm vững kiến thức về hàm này giúp học sinh phân tích được đặc trưng của hàm số, vận dụng trong khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị, đồng thời là nền tảng để tiếp cận các bài toán phức tạp hơn như giải phương trình, bất phương trình hoặc tích phân các hàm phân thức.
Định nghĩa hàm phân thức bậc nhất trên bậc nhất
Hàm phân thức bậc nhất trên bậc nhất là hàm số có dạng:
Trong đó a,b,c,da, b, c, da,b,c,dlà các hằng số thực, đồng thời yêu cầucx+d≠0cx + d ne 0cx+d=0(tứcx≠−dcx ne -frac{d}{c}x=−cdvớic≠0c neq 0c=0) để hàm số có nghĩa. Đây là phân thức vì tử số và mẫu số đều là các đa thức bậc nhất. Hàm này không xác định tạix=−dcx = -frac{d}{c}x=−cd.
Ý nghĩa và vai trò trong chương trình toán học
Là một trong các dạng hàm số chính dùng để khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị.Góp phần hình thành tư duy về giới hạn, tiệm cận, đồng biến/nghịch biến, cực trị,... cho học sinh cuối cấp.Ứng dụng trong giải quyết bài toán thực tiễn và các đề thi THPT quốc gia, đại học.Chi tiết về tập xác định của hàm số
Xét hàmy=ax+bcx+dy = frac{ax + b}{cx + d}y=cx+dax+b, để hàm xác định, mẫu số cx+d≠0⇔x≠−dccx + d ne 0 Leftrightarrow x ne -frac{d}{c}cx+d=0⇔x=−cd.
Tập xác định: D=R∖{−dc}mathscr{D} = mathbb{R} setminus left{ -frac{d}{c} right}D=R∖{−cd}(khic≠0c neq 0c=0).
Ví dụ minh họa từng bước
Ví dụ 1: Xác định tập xác định, tìm tiệm cận của hàm số
Xét hàmy=2x+3x−1y = frac{2x + 3}{x - 1}y=x−12x+3.
- Tập xác định: x−1≠0⇒xe1x-1ne0 Rightarrow x e1x−1=0⇒xe1. Vậy D=R∖{1}mathscr{D} = mathbb{R}setminus{1}D=R∖{1}.- Tiệm cận đứng:x=1x=1x=1(vì tạix=1x=1x=1mẫu bằng 0, hàm không xác định).- Tiệm cận ngang: Lấy giới hạn khix→±∞xto pm inftyx→±∞: limx→±∞2x+3x−1=2lim_{xto pm infty} frac{2x+3}{x-1} = 2limx→±∞x−12x+3=2Vậy tiệm cận ngang:y=2y=2y=2.Ví dụ 2: Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị
Cho hàmy=−3x+42x−1y = frac{-3x + 4}{2x - 1}y=2x−1−3x+4. Ta thực hiện các bước:
- Tập xác định:2x−1≠0⇒xe122x-1ne 0 Rightarrow x e frac{1}{2}2x−1=0⇒xe21.- Tiệm cận đứng:x=12x=frac{1}{2}x=21.- Tiệm cận ngang:limx→±∞−3x+42x−1=−32lim_{x to pm infty} frac{-3x+4}{2x-1} = frac{-3}{2}limx→±∞2x−1−3x+4=2−3. Vậyy=−32y=frac{-3}{2}y=2−3.- Bảng xét dấu và tính đồng biến/nghịch biến:Xét đạo hàm:y′=(2x−1)⋅(−3)−(−3x+4)⋅2(2x−1)2=−6x+3+6x−8(2x−1)2=−5(2x−1)2y' = frac{(2x-1) cdot (-3)-( -3x+4 ) cdot 2}{(2x-1)^2} = frac{-6x+3 +6x -8}{(2x-1)^2} = frac{-5}{(2x-1)^2}y′=(2x−1)2(2x−1)⋅(−3)−(−3x+4)⋅2=(2x−1)2−6x+3+6x−8=(2x−1)2−5Do(2x−1)2>0(2x-1)^2>0(2x−1)2>0với mọixe12x efrac{1}{2}xe21nêny′<0y' < 0y′<0, hàm số luôn nghịch biến trên từng khoảng xác định.Vẽ đồ thị nháp với các tiệm cận:x=12x=frac{1}{2}x=21,y=−32y=frac{-3}{2}y=2−3và chú ý tính chất đồng biến/nghịch biến.
Trường hợp đặc biệt và các lưu ý
- Nếuac=bdfrac{a}{c} = frac{b}{d}ca=db, thì đồ thị hàm số sẽ đi qua điểmx0x_0x0vớix0=−dcx_0 = -frac{d}{c}x0=−cd.- Nếuc=0c=0c=0, hàm trở thành hàm bậc nhất (y=ax+bdy = frac{ax+b}{d}y=dax+b) - là một đường thẳng.- Nếua=ca=ca=cvà b=db=db=d, hàm trở thành hằng số ngoại trừ tại điểm không xác định.- Luôn kiểm tra điều kiệncx+d≠0cx+d ne 0cx+d=0 để không vẽ phần không xác định trên đồ thị.Mối liên hệ với các khái niệm toán học khác
- Các hàm phân thức này liên quan chặt chẽ với các khái niệm về giới hạn, tiệm cận, khảo sát hàm số.- Dạng tổng quát hóa các hàm bậc nhất và hàm hằng.- Là bước đệm quan trọng để chuyển sang khảo sát và vẽ đồ thị hàm phân thức bậc cao, hàm hợp, tích phân các kiểu hàm này.
Bài tập mẫu có lời giải chi tiết
Bài tập 1
Choy=3x−52x+1y = frac{3x - 5}{2x + 1}y=2x+13x−5.
1) Tìm tập xác định của hàm số.2) Tính các tiệm cận của đồ thị.3) Xét chiều biến thiên của hàm số.
- Tập xác định:2x+1≠0⇒xe−122x+1ne0 Rightarrow x e -frac{1}{2}2x+1=0⇒xe−21.
Tập xác định: D=R∖{−12}mathscr{D}=mathbb{R}setminus{-frac{1}{2}}D=R∖{−21}.
- Tiệm cận đứng:x=−12x = -frac{1}{2}x=−21.
- Tiệm cận ngang:limx→±∞3x−52x+1=32lim_{xto pm infty} frac{3x-5}{2x+1} = frac{3}{2}limx→±∞2x+13x−5=23. Vậyy=32y=frac{3}{2}y=23.
- Đạo hàm:y′=(2x+1)⋅3−(3x−5)⋅2(2x+1)2=6x+3−6x+10(2x+1)2=13(2x+1)2>0y' = frac{(2x+1) cdot 3-(3x-5) cdot 2}{(2x+1)^2} = frac{6x+3-6x+10}{(2x+1)^2} = frac{13}{(2x+1)^2} > 0y′=(2x+1)2(2x+1)⋅3−(3x−5)⋅2=(2x+1)26x+3−6x+10=(2x+1)213>0với mọixe−12x e -frac{1}{2}xe−21. Do đó hàm số đồng biến trên từng khoảng xác định.
Bài tập 2
Khảo sát và vẽ đồ thị hàm số y=x+2x−3y = frac{x + 2}{x - 3}y=x−3x+2.
- Tập xác định:xe3x e3xe3.
- Tiệm cận đứng:x=3x=3x=3.- Tiệm cận ngang:y=1y=1y=1. (limx→±∞x+2x−3=1lim_{xto pm infty}frac{x+2}{x-3}=1limx→±∞x−3x+2=1)- Tính đạo hàmy′=(x−3)⋅1−(x+2)⋅1(x−3)2=x−3−x−2(x−3)2=−5(x−3)2<0y' = frac{(x-3) cdot 1-(x+2) cdot 1}{(x-3)^2}=frac{x-3-x-2}{(x-3)^2}=frac{-5}{(x-3)^2}<0y′=(x−3)2(x−3)⋅1−(x+2)⋅1=(x−3)2x−3−x−2=(x−3)2−5<0với mọixe3x e 3xe3. Vậy hàm số luôn nghịch biến.
