Tìm tiệm cận đứng, ngang, xiên của đồ thị hàm phân thức
Problem:
Tìm các tiệm cận của đồ thị các hàm số sau:
a) \(y = \frac{3x - 2}{x + 1}\)
b) \(y = \frac{x^2 + 2x - 1}{2x - 1}\)
Problem Analysis
Problem Summary
Cho hai hàm phân thức, cần xác định tất cả các tiệm cận (đứng, ngang, xiên) của mỗi đồ thị.
Required Knowledge
Tiệm cận đứng \(x = x_0\): tồn tại ít nhất một giới hạn một phía \(\lim_{x \to x_0^+} f(x)\) hoặc \(\lim_{x \to x_0^-} f(x)\) bằng \(\pm\infty\) — thường xảy ra tại điểm làm mẫu bằng 0. Tiệm cận ngang \(y = y_0\): \(\lim_{x \to \pm\infty} f(x) = y_0\) (hữu hạn). Tiệm cận xiên \(y = ax + b\) với \(a \neq 0\): \(\lim_{x \to \pm\infty} [f(x) - (ax+b)] = 0\) — xuất hiện khi bậc tử lớn hơn bậc mẫu đúng 1 đơn vị.
Solution Method
Với câu a), tử và mẫu cùng bậc 1, nên chỉ cần tìm tiệm cận đứng (tại nghiệm của mẫu) và tiệm cận ngang (giới hạn khi \(x \to \pm\infty\)). Với câu b), bậc tử (bậc 2) lớn hơn bậc mẫu (bậc 1) đúng 1 đơn vị, nên không có tiệm cận ngang mà có tiệm cận xiên — cần chia đa thức để tách phần nguyên \(ax + b\), sau đó kiểm tra giới hạn phần dư.
Real-world Application
Khi một chiếc xe tăng tốc dần, vận tốc tiến gần đến một giá trị giới hạn mà không bao giờ vượt qua — đó chính là ý tưởng của tiệm cận ngang trong thực tế. Em có thể nghĩ đến tình huống nào trong đời sống mà một đại lượng cứ tăng mãi nhưng không bao giờ đạt đến một ngưỡng nhất định?
Hints (0/3)
Hint 1:
Tiệm cận đứng xuất hiện tại giá trị \(x_0\) làm mẫu bằng 0. Với câu a), giải \(x + 1 = 0\) được \(x = -1\). Với câu b), giải \(2x - 1 = 0\) được \(x = \frac{1}{2}\). Sau đó tính giới hạn một phía để xác nhận.
Hint 2:
Để kiểm tra tiệm cận ngang, tính \(\lim_{x \to +\infty} f(x)\) và \(\lim_{x \to -\infty} f(x)\). Với câu a), chia cả tử và mẫu cho \(x\). Với câu b), vì bậc tử cao hơn bậc mẫu nên giới hạn là \(\pm\infty\), không có tiệm cận ngang.
Hint 3:
Với câu b), để tìm tiệm cận xiên, thực hiện chia đa thức \(x^2 + 2x - 1\) cho \(2x - 1\). Kết quả sẽ có dạng \(\frac{x}{2} + \frac{5}{4} + \frac{\text{số}}{2x-1}\). Phần \(\frac{\text{số}}{2x-1} \to 0\) khi \(x \to \pm\infty\), nên \(y = \frac{x}{2} + \frac{5}{4}\) là tiệm cận xiên.
Detailed solution
a) Tìm tiệm cận đứng:
Mẫu \(x + 1 = 0\) khi \(x = -1\). Tính giới hạn một phía:
\(\lim_{x \to -1^+} \frac{3x-2}{x+1} = -\infty\)
\(\lim_{x \to -1^-} \frac{3x-2}{x+1} = +\infty\)
Vậy đường thẳng \(x = -1\) là tiệm cận đứng.
Tìm tiệm cận ngang:
\(\lim_{x \to +\infty} \frac{3x-2}{x+1} = \lim_{x \to +\infty} \frac{3 - \frac{2}{x}}{1 + \frac{1}{x}} = 3\)
\(\lim_{x \to -\infty} \frac{3x-2}{x+1} = 3\)
Vậy đường thẳng \(y = 3\) là tiệm cận ngang.
b) Tìm tiệm cận đứng:
Mẫu \(2x - 1 = 0\) khi \(x = \frac{1}{2}\). Tính giới hạn một phía:
\(\lim_{x \to \left(\frac{1}{2}\right)^+} \frac{x^2+2x-1}{2x-1} = +\infty\)
\(\lim_{x \to \left(\frac{1}{2}\right)^-} \frac{x^2+2x-1}{2x-1} = -\infty\)
Vậy đường thẳng \(x = \frac{1}{2}\) là tiệm cận đứng.
Kiểm tra tiệm cận ngang:
\(\lim_{x \to +\infty} \frac{x^2+2x-1}{2x-1} = +\infty\), \(\lim_{x \to -\infty} \frac{x^2+2x-1}{2x-1} = -\infty\)
Giới hạn không hữu hạn, nên đồ thị không có tiệm cận ngang.
Tìm tiệm cận xiên:
Thực hiện chia đa thức:
\(\frac{x^2+2x-1}{2x-1} = \frac{x}{2} + \frac{5}{4} + \frac{1}{4(2x-1)}\)
Kiểm tra:
\(\lim_{x \to +\infty} \left[y - \left(\frac{x}{2} + \frac{5}{4}\right)\right] = \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{4(2x-1)} = 0\)
\(\lim_{x \to -\infty} \left[y - \left(\frac{x}{2} + \frac{5}{4}\right)\right] = \lim_{x \to -\infty} \frac{1}{4(2x-1)} = 0\)
Vậy đường thẳng \(y = \frac{x}{2} + \frac{5}{4}\) là tiệm cận xiên của đồ thị hàm số.