background image

Tomasz Kowalski 

Wykłady z matematyki dla studentów kierunków ekonomicznych  

 

Wykład 10 

 

 ASYMPTOTY WYKRESU FUNKCJI 

 
 
1. Asymptoty pionowe

 

   
 Prostą 

jest asymptotą pionową (obustronną) jeżeli obie granice: 

0

x

x

0

lim ( )

x

x

f x

 oraz 

0

lim ( )

x

x

f x

 są 

niewłaściwe. 
 Jeżeli dokładnie jedna z powyższych granic jest niewłaściwa, to prosta 

0

x

x

 jest asymptotą pionową 

jednostronną. Precyzyjniej: 

1.  Jeżeli 

 albo 

0

lim ( )

x

x

f x

 

0

lim ( )

x

x

f x

  , to prosta 

0

x

x

jest asymptotą pionową lewostronną. 

2.  Jeżeli 

 albo 

0

lim ( )

x

x

f x

 

0

lim ( )

x

x

f x

  , to prosta 

0

x

x

jest asymptotą pionową prawostronną 

 
Ilustrację jednostronnych asymptot pionowych przedstawia rys. 1. 

Prosta 

0

x

x

 jest asymptotą pionową lewostronną 

Y 

X 

0

x

 

)

(x

f

y

 



)

(

lim

0

x

f

x

x

  

Prosta 

0

x

x

 jest asymptotą pionową prawostronną 

Y 

X 

0

x

)

(x

f

y



)

(

lim

0

x

f

x

x

 

 

Rys. 1. 

 
  Twierdzenie.  Funkcja elementarna może mieć asymptotę pionową tylko w skończonym krańcu 
dziedziny, który do niej nie należy. 

 

Przykład 1. Wyznaczyć asymptoty pionowe funkcji  a)

2

)

3

(

1

)

(

x

x

f

,   b) 

2

)

(

2

x

x

x

f

Rozwiązanie.  
a) Ponieważ 

, to obliczamy granice:   

}

3

{

\

R

D

f

2

3

1

1

lim   

(

3)

0

[ ]

x

x

 

  oraz 

2

3

1

1

lim   

(

3)

0

[ ]

x

x

 

.  

Oznacza to, że prosta 

 jest asymptotą pionową wykresu danej funkcji. Wykres funkcji w sąsiedztwie 

punktu 

 przedstawia rys.2.  

3

x

3

0

x

b)  . Obliczając granice jednostronne funkcji w punkcie 

}

2

{

\

R

D

f

2

0

x

 otrzymujemy:  



]

[

0

4

2

 

lim

2

2

+

x

x

x

,  

  



]

[

0

4

2

 

lim

2

2

-

x

x

x

.   

background image

Wykład 10. Asymptoty wykresu funkcji 

Oznacza to, że prosta 

  jest asymptotą pionową obustronną. Asymptota  oraz wykres funkcji 

w sąsiedztwie punktu 

 zostały przedstawione na rys.3. 

2

x

2

0

x

X

f x

x

( )

(

)

1

3

2

Y

 3

Rys. 2.     

X

2

)

(

2

x

x

x

f

Y

 2

  

Rys. 3. 

 
  Uwaga. Jeżeli  , to z tego nie należy wnioskować, że prosta 

}

{

\

0

x

R

D

f

0

x

x

 jest asymptotą 

pionową. 

Przykład 2. 

Wyznaczyć asymptoty pionowe funkcji  

1

2

)

(

2

x

x

x

x

f

   

X

1

2

)

(

2

x

x

x

x

f

Y

 1

 3

    

     

Rys. 4.

 

Rozwiązanie. Mamy tutaj 

}

1

{

\

R

D

f

. Jednocześnie 

3

2)

(

  

lim

1

2

)(

1

(

  

lim

1

x

x

x

)

0

0

1

2

  

lim

1

2

1

]

[

x

x

x

x

x

x

x

.  

Oznacza to, że wykres funkcji nie posiada asymptot pionowych. 
Wykres funkcji w sąsiedztwie punktu 

1

0

x

 (równej 

2

)

(

 x

x

g

)  przedstawia rys.4.  

 
 

2. Granice właściwe funkcji w nieskończoności. Asymptoty poziome 

 
 
 Niech 

 

f

  będzie funkcją określoną w przedziale 

)

;

(

a

.  

Jeżeli dla każdego ciągu   o wyrazach należących do przedziału 

)

(

n

x

)

;

(

a

 i  rozbieżnego do  

 ,  ciąg 

wartości funkcji  

 jest zbieżny do 

))

(

(

n

x

f

g

, to mówimy, że  funkcja  

f

  posiada  w  

  granicę g

 . 

Zapisujemy wówczas 

 

g

x

)

f



(

lim

x

 

Podobnie,  niech  

f

  będzie funkcją określoną w przedziale 

)

;

(

a



.  

Jeżeli dla każdego ciągu   o wyrazach należących do przedziału 

)

(

n

x

)

;

(

a



 i  rozbieżnego do  

,  ciąg 

wartości funkcji  

 jest zbieżny do 

))

(

(

n

x

f

g

, to mówimy, że  funkcja  

f

  posiada  w  

  granicę g

 

zapisujemy 

).  

g

x

f

)

(

x



lim

 
     Prostą 

g

y

  nazywamy asymptotą poziomą prawostronną  jeżeli 

g

x

f

x



)

(

lim

.  

Podobnie, prosta 

g

y

  jest asymptotą  poziomą lewostronną,  jeżeli 

g

x

f

x



)

(

lim

.

 

 Jeżeli prosta 

g

y

  jest jednocześnie asymptotą poziomą prawostronną i lewostronną krzywej 

)

(

x

f

y

to nazywamy ją asymptotą poziomą (obustronną).  
 
  Na rys. 4 przedstawiony został wykres funcji posiadającej różne skończone granice w punktach  
niewłaściwych i tym samym posiadającej różne asymptoty poziome jednostronne. 

background image

Wykład 10. Asymptoty wykresu funkcji 

3

Prosta 

g

y

 jest asymptotą poziomą lewostronną, prosta 

h

y

 asymptotą prawostronną 

Y 

X 

)

(x

f

y

g

x

f

x



)

(

lim

h

x

f

x



)

(

lim

 h 

 g 

     

Rys. 4. 

 

Wykaz niektórych granic właściwych w nieskończoności zapisanych w postaci symbolicznej 

 

Granica Uogólnienie 

Zapis 

symboliczny 

0

1

lim



x

x

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 ,  to 

0

)

(

1

lim

...

x

u

x

0

1

]

[

 

0

1

lim



x

x

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 ,  to 

0

)

(

1

lim

...

x

u

x

0

1

]

[

 

0

lim



x

x

e

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 , to  

0

lim

)

(

...

x

u

x

e

0

]

[



e

 

2

arctg

lim



x

x

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 ,  to 

2

arctg

lim

...

x

x

2

)

(

arctg

]

[



 

2

arctg

lim



x

x

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 ,  to 

2

arctg

lim

...

x

x

2

)

(

arctg

]

[



 

 
  Uwaga. Zapis 

...

x

 w powyższej tabelce oznacza dowolne z przejść granicznych: 

,  

,  

,  

0

x

x

0

x

x

0

x

x



x

,  



x

Przykład 3.

 Obliczyć: a) 

4

 

5

 

lim

2



x

x

,  b) 

,   c) 

4

-

2

 

lim



x

x

e

2

4

arctg

 

lim

2



x

x

x

x

, d) 

2

4

arctg

 

lim

2



x

x

x

x

Rozwiązanie.  a

0

]

5

[

4

 

5

 

lim

2



x

x

,   b)

0

 

lim

]

[

4

-

2





e

e

x

x

c) 

2

)

arctg(

1

arctg

1

4

arctg

 

lim

arctg

2

4

arctg

 

lim

]

[

]

[

]

[

2

2







x

x

x

x

x

x

x

d) 

2

)

arctg(

1

arctg

1

4

arctg

 

lim

arctg

2

4

arctg

 

lim

]

[

]

[

]

[

2

2







x

x

x

x

x

x

x

Przykład 4. 

Wyznaczyć, jeżeli istnieją asymptoty poziome funkcji: a) 

10

3

)

(

2

2

x

x

x

x

f

,  b) 

2

3

)

(

x

x

e

x

f

.  

X 

10

3

)

(

2

2

x

x

x

x

f

 

Y 

1

y

 

 

Rozwiązanie. a) Mamy tutaj 

R

D

f

 . 

1

1

1

2

10

3

x

x

lim

10

3

lim

2

2

]

[





x

x

x

x

x

1

10

3

lim

2

2



x

x

x

x

 oraz  

Prosta 1

y

 jest asymptotą poziomą obustronną. 

Ilustrację graficzną przedstawia rys.5. 

Rys. 5

.

 

background image

Wykład 10. Asymptoty wykresu funkcji 

 

X

2

3

)

(

x

x

e

x

f

Y

 2

 y= e

 

e

e

e

e

x

x

x

x

x

x





2

1

3

1

2

3

lim

lim

]

[

b)  . Mamy tutaj 

}

2

{

\

R

D

f

 oraz 

analogicznie 

e

e

x

2

x

3

e

y

x



lim

. Oznacza to, że prosta 

 jest asymptotą 

poziomą obustronną. Wykres funkcji i asymptotę przedstawia rys.6.

 

                                 

Rys. 6. 

 

 
3. Granice niewłaściwe funkcji w nieskończoności. Asymptoty ukośne

 

 

Niech   będzie funkcją określoną w przedziale 

)

;

(

a

Jeżeli dla każdego ciągu   o  wyrazach  należących do tego przedziału  i  rozbieżnego  do 

, ciąg  

wartości funkcji 

 jest rozbieżny do 

)

(

n

x

))

(

(

n

x

f

 , to mówimy, że funkcja  f   posiada  w  

 granicę 

niewłaściwą  

 i zapisujemy 





)

(

lim

x

f

x

.  

 
 Uwaga. 

Podobnie definiujemy granicę 

 

)

(

lim





x

f

x

 oraz przy założeniu o określoności funkcji  f  

w przedziale 

 granice: 

)

;

(

a





)

(

lim

x

f

x

,  





)

(

lim

x

f

x

 

Wykaz niektórych granic niewłaściwych w nieskończoności zapisanych w postaci symbolicznej 

 

Granica Uogólnienie 

Zapis 

symboliczny 





x

x

e

lim

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 ,  to 



)

(

...

lim

x

u

x

e





]

[

e

 





x

x

ln

lim

 Jeżeli 



)

(

lim

...

x

u

x

 ,  to 



)

(

ln

lim

...

x

u

x





]

[

)

ln(

 

 
Uwaga.

 Zapis 

...

x

  oznacza dowolne z przejść granicznych: 

,  

,  

,  

0

x

x

0

x

x

0

x

x



x

,  



x

. 

Przykład 5.

 Obliczyć: a) 

5

lim

2



x

x

x

x

,   b) 

1

4

2

lim



x

x

x

x

e

,   c) 

)

4

ln(

lim

x

e

x

x



Rozwiązanie.   

a) 







]

[

]

[

1

5

1

1

lim

5

lim

2

x

x

x

x

x

x

x

x

,    

b) 







]

[

]

[

]

[

1

1

1

1

4

1

4

lim

lim

2

e

e

e

e

e

x

x

x

x

x

x

x

 
c) 

.

 











]

[

]

[

]

[

)

ln(

)

ln(

)

ln(

)

4

ln(

lim

e

x

e

x

x

   
 
 

background image

Wykład 10. Asymptoty wykresu funkcji 

5

 
Niech   f   będzie funkcją  określoną  w przedziale  

)

;

(

a



. Prostą o równaniu 

n

mx

y

 nazywamy: 

asymptotą ukośną lewostronną

   krzywej 

)

(x

f

y

,  wtedy i tylko wtedy, gdy  

0

)]

(

)

(

[

lim



n

mx

x

f

x

Podobnie, jeżeli  f   jest funkcją  określoną  w przedziale 

)

;

a

), to p

rostą o równaniu 

n

mx

y

 

nazywamy  asymptotą ukośną prawostronną krzywej )

(x

f

y

,  wtedy i tylko wtedy, gdy 

0

)]

(

)

(

[

lim



n

mx

x

f

x

 Jeżeli prosta 

  jest jednocześnie asymptotą ukośną lewostronną i prawostronną krzywej 

, to nazywamy ją asymptotą ukośną (obustronną) tej krzywej (rys. 7.). 

n

mx

y

)

(x

f

y

 

Prosta 

n

mx

y

 

jest asymptotą ukośną obustronną

Y

X

)

(x

f

y

0

)]

(

)

(

[

lim



n

mx

x

f

x

0

)]

(

)

(

[

lim



n

mx

x

f

x

n

mx

y

Rys. 7.

 

 
 
  Uwaga. 

Asymptoty poziome można traktować jako szczególny przypadek asymptot ukośnych (

0

m

). 

 
 Twierdzenie. 

 

1.  Jeżeli istnieją skończone granice: 

 

)

(

lim

x

x

f

m

x



 oraz 

)

)

(

(

lim

mx

x

f

n

x



, to prosta 

n

mx

 jest 

asymptotą ukośną lewostronną krzywej 

)

(x

f

y

y

2.  Jeżeli istnieją skończone granice: 

x

x

f

m

x

)

(

lim



 i  

)

)

(

(

lim

mx

x

f

n

x



, to prosta

n

mx

 stanowi 

asymptotę ukośną  prawostronną krzywej 

)

(x

f

y

y

 
 Uwaga. 

Z powyższego twierdzenia wynika, że krzywa może mieć co najwyżej jedną asymptotę ukośną 

lewostronną (wliczając w to asymptotę poziomą lewostronną)  oraz  co najwyżej jedną prawostronną 
(wliczając w to poziomą prawostronną). 
 

   Przykład 6. 

Wyznaczyć asymptoty ukośne krzywej: a) 

2

3

1

4

6

)

(

x

x

x

x

f

,   b) 

x

x

x

f

arctg

)

(

Rozwiązanie.  a) Badamy najpierw istnienie asymptoty ukośnej lewostronnej.  Ponieważ  

1

1

1

4

6

1

lim

]

[

4

6

lim

)

(

lim

3

2

3

3







x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

m

x

x

x







2

2

1

lim

)

1

(

lim

]

)

(

[

lim

x

x

x

mx

x

f

n

x

x

x

3

3

3

4

6

4

6

x

x

x

x

x

x

0

1

1

7

lim

]

[

1

7

lim

2

2





x

x

x

x

x

x

  

background image

Wykład 10. Asymptoty wykresu funkcji 

Y

X

y

x

y

x

x

x

3

2

6

4

1

               

Rys. 8.

 

oraz  analogicznie: 

1

4

6

lim

)

(

lim

3

3





x

x

x

x

x

x

f

m

x

x

  i 

0

)

1

4

6

(

lim

]

)

(

[

lim

2

3





x

x

x

x

mx

x

f

n

x

x

, to  

asymptotą ukośną (obustronną) jest prosta 

x

y

 . Wykres 

funkcji wraz z jej asymptotą przedstawiony został na rys.8.

 

 
b) Szukając asymptoty ukośnej prawostronnej dostajemy  

1

0

1

1

)

arctg

1

(

lim

arctg

lim

)

(

lim

]

[

]

[

2







x

x

x

x

x

x

x

f

m

x

x

x

   

oraz 

2

)

(

arctg

arctg

lim

]

)

arctg

[(

lim

]

)

(

[

lim

]

[









x

x

x

x

mx

x

f

n

x

x

x

Podobnie w przypadku asymptoty ukośnej lewostronnej mamy 

1

0

1

1

)

arctg

1

(

lim

arctg

lim

)

(

lim

]

[

]

[

2







x

x

x

x

x

x

x

f

m

x

x

x

2

)

(

arctg

arctg

lim

]

)

arctg

[(

lim

]

)

(

[

lim

]

[









x

x

x

x

mx

x

f

n

x

x

x

Y

X

2

 x

y

x

x

x

f

arctg

)

(

2

 x

y

Rys.9. 

Funkcja posiada asymptotę ukośną prawostronną  

2

 x

y

2

 x

y

  i   lewostronną 

. Proste te są 

do siebie równoległe, gdyż mają ten sam 
współczynnik kierunkowy. Ilustrację graficzną 
przedstawia rys.9. 

  Przykład 7. Wyznaczyć równania wszystkich asymptot funkcji:  

1

1

)

(

2

x

x

x

x

f

Rozwiązanie. Mamy tutaj 

.  

\ { 1}

f

D

R

2

1

1

1

lim

1

0

[ ]

x

x

x

x



 

 

 ,   

2

1

1

1

lim

1

0

[ ]

x

x

x

x



 

 

. Oznacza to, że funkcja posiada asymptotę 

pionową o równaniu 

1

x

1

2

1

1

1

lim

lim

1

1

1

[ ]

[ ]

x

x

x

x

x

x

x

x





 

 



 

   oraz  

1

2

1

1

1

lim

lim

1

1

1

[ ]

[ ]

x

x

x

x

x

x

x

x





 

 



  . 

Wynika stąd, że funkcja nie posiada asymptot poziomych, może natomiast posiadać asymptoty ukośne.  
Poszukując asymptot ukośnych mamy 

1

1

1

lim

1

lim

)

(

lim

1

2

1

1

2

2

]

[







x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

m

0

1

1

1

lim

1

1

lim

1

1

lim

]

)

(

[

lim

]

[

)

(

2

2

2









x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

mx

x

f

n

x

x

x

x

Analogiczne granice otrzymujemy przy 



x

. Oznacza to, że funkcja posiada asymptotę ukośną 

x

y

 .