分式函数的变换源

前言

源头函数

①初中学习过的反比例函数,(y=cfrac{1}{x}),是高中数学中分式函数研究和学习的源头。

结合图像,我们可以自行分析总结其性质:定义域、值域、单调性,奇偶性、周期性、对称性等等;

补充对称性:对称中心为((0,0));对称轴为(y=pm x)

②高中学习过的对勾函数(y=x+cfrac{1}{x}),是高中数学中分式函数研究和学习的另一个源头。

部分分式

$f(x)$=$cfrac{x}{x-1}$我们称$cfrac{x}{x-1}$为整体分式,由于分子分母位置都有自变量,如果不对其作相应的变形,则我们根本看不透其单调性;$quad$=$cfrac{x-1+1}{x-1}$$=$$1+cfrac{1}{x-1}$我们称$1+cfrac{1}{x-1}$为部分分式;其中第一部分$1$为整式,第二部分$cfrac{1}{x+1}$为分式,由于整体不是分式,故称为部分分式;不过这个等价变形太好了,自变量只出现在部分分式的分母位置上,这样非常方便判断单调性,也方便我们做函数的图像

[方法储备]:上述变形中最常用的两个变形为换元法和配凑法

变换之路

作函数(g(x)=cfrac{x}{x-1})的图像;

分析:准备作图前的变换,(g(x)=cfrac{x}{x-1}=1+cfrac{1}{x-1});选(y=cfrac{1}{x})为变换作图的模板函数,开始变换如下,

[基本作图]:(y=cfrac{1}{x}) (Rightarrow) (y=cfrac{1}{x-1}) (Rightarrow) (y=1+cfrac{1}{x-1}) (Rightarrow) 对称中心为((1,1))

[快速作图]:相当于基本作图的简化版本,首先找到对称中心((1,1)),过此点分别作直线(x=1)(y=1),这是两条渐*线;由两条渐*线将*面分为类似的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限,此时观察部分分式的分子[请确保分式的前面是(+)号,如果是(-)号,将减号移到分子上,部分分式的前面仍然写加号],如果分子为正,则在类第Ⅰ和类第Ⅲ象限内作函数的图像,如图所示;

如果分子为负,则在类第Ⅱ和类第Ⅳ象限内作函数的图像;

作函数(y=cfrac{5x+1}{2x-1})的图像;

分析:先做相应的变形,(y=cfrac{5x+1}{2x-1}=cfrac{5(x+frac{1}{5})}{2(x-frac{1}{2})}=cfrac{5}{2}cdot cfrac{x+frac{1}{5}}{x-frac{1}{2}})

(=cfrac{5}{2}cdot (1+cfrac{frac{7}{10}}{x-frac{1}{2}})=cfrac{5}{2}+cfrac{frac{7}{4}}{x-frac{1}{2}})

快速作图:对称中心为((cfrac{1}{2},cfrac{5}{2}))(cfrac{7}{4}>0),在类第Ⅰ和第Ⅲ象限作图,如下所示:

引申结论:①函数(f(x)=b+cfrac{c}{x-a})(a)(b)(c)为常数,则其对称中心为((a,b))

②如果(c>0),则单调递减区间为((-infty,a))((a,+infty));如果(c<0),则单调递增区间为((-infty,a))((a,+infty))

③其解析式必然满足(f(x)+f(2a-x)=2b)

高阶应用

(f(x)=cfrac{2^x-1}{2^x+1}stackrel{2^x=t}{Longrightarrow}f(x)=cfrac{t-1}{t+1})

再如(g(x)=cfrac{log_2^x-1}{log_2^x+1}stackrel{log_2^x=m}{Longrightarrow}g(x)=cfrac{m-1}{m+1})

解后反思:有些复杂的分式,通过换元可以转化为上述比较简单的形式;

(h(x)=cfrac{x^2-4x+5}{x-2})

  • 常用配凑法+分离常数法,或配凑法+分式裂项法,或换元法,

如[配凑法](h(x)=cfrac{x^2-4x+5}{x-2}=cfrac{(x-2)^2+1}{x-2}=(x-2)+cfrac{1}{x-2})

或[换元法]令(x-2=t),则(x=t+2)

(h(x)=cfrac{(t+2)^2-4(t+2)+5}{t}=cfrac{t^2+1}{t}=t+cfrac{1}{t})

(h(x)=t+cfrac{1}{t}=(x-2)+cfrac{1}{x-2})

(n(x)=cfrac{x+1}{x^2+3x+3})

  • 常用取倒数法,或换元法,或配凑同除法

(n(x)=cfrac{x+1}{x^2+3x+3});则(n(x)=cfrac{x+1}{(x+1)^2+(x+1)+1}=cfrac{1}{(x+1)+cfrac{1}{x+1}+1})

(g(t)=cfrac{2t}{t^2+9}=cfrac{2}{t+frac{9}{t}});如(h(t)=cfrac{3t+2}{t^2}=cfrac{3}{t}+2(cfrac{1}{t})^2stackrel{frac{1}{t}=m}{Longrightarrow}h(t)=2m^2+3m);

函数(y=cfrac{2-x}{x+1})(xin(m, n])的最小值为(0),则(m)的取值范围是【】

$A.(1,2)$ $B.(-1,2)$ $C.[1,2)$ $D.[-1,2)$

解:当(x=2)时,(y=0),根据题意(xin(m, n])时,(y_{min }=0),则(n=2)

所以(m)的取值范围是(-1leqslant m<2),故选(D).

若定义域为(xin [m,n]),则此时(m)的取值范围是((-1,2]).

延伸关联

分式函数变形后,极有可能和反比例型函数、二次型函数、对勾型函数建立关联,然后向后继续变换即可。

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