Основы мат. анализа Примеры

$\frac{x^{4} - 16 x^{2}}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 1

Найдем, где выражение $\frac{x^{4} - 16 x^{2}}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$ не определено.

$x = - 4, x = 0, x = 1$

Этап 2

Поскольку $\frac{x^{4} - 16 x^{2}}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$ $\to$ $\infty$ как $x$ $\to$ $1$ слева, а $\frac{x^{4} - 16 x^{2}}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$ $\to$ $- \infty$ как $x$ $\to$ $1$ справа, то $x = 1$ — вертикальная асимптота.

$x = 1$

Этап 3

Рассмотрим рациональную функцию $R (x) = \frac{a x^{n}}{b x^{m}}$ , где $n$ — степень числителя, а $m$ — степень знаменателя.

1. Если $n < m$ , тогда ось x, $y = 0$ , служит горизонтальной асимптотой.

2. Если $n = m$ , тогда горизонтальной асимптотой служит линия $y = \frac{a}{b}$ .

3. Если $n > m$ , тогда нет горизонтальной асимптоты (есть наклонная асимптота).

Этап 4

Найдем $n$ и $m$ .

$n = 4$

$m = 3$

Этап 5

Поскольку $n > m$ , горизонтальная асимптота отсутствует.

Нет горизонтальных асимптот

Этап 6

Найдем наклонную асимптоту, используя деление многочленов.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.1

Вынесем множитель $x^{2}$ из $x^{4} - 16 x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.1.1

Вынесем множитель $x^{2}$ из $x^{4}$ .

$\frac{x^{2} x^{2} - 16 x^{2}}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.1.1.1.2

Вынесем множитель $x^{2}$ из $- 16 x^{2}$ .

$\frac{x^{2} x^{2} + x^{2} \cdot - 16}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.1.1.1.3

Вынесем множитель $x^{2}$ из $x^{2} x^{2} + x^{2} \cdot - 16$ .

$\frac{x^{2} (x^{2} - 16)}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.1.1.2

Перепишем $16$ в виде $4^{2}$ .

$\frac{x^{2} (x^{2} - 4^{2})}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.1.1.3

Поскольку оба члена являются полными квадратами, выполним разложение на множители, используя формулу разности квадратов, $a^{2} - b^{2} = (a + b) (a - b)$ , где $a = x$ и $b = 4$ .

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.1.2

Упростим знаменатель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.2.1

Вынесем множитель $x$ из $x^{3} + 3 x^{2} - 4 x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.2.1.1

Вынесем множитель $x$ из $x^{3}$ .

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x \cdot x^{2} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.1.2.1.2

Вынесем множитель $x$ из $3 x^{2}$ .

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x \cdot x^{2} + x (3 x) - 4 x}$

Этап 6.1.2.1.3

Вынесем множитель $x$ из $- 4 x$ .

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x \cdot x^{2} + x (3 x) + x \cdot - 4}$

Этап 6.1.2.1.4

Вынесем множитель $x$ из $x \cdot x^{2} + x (3 x)$ .

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x (x^{2} + 3 x) + x \cdot - 4}$

Этап 6.1.2.1.5

Вынесем множитель $x$ из $x (x^{2} + 3 x) + x \cdot - 4$ .

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x (x^{2} + 3 x - 4)}$

Этап 6.1.2.2

Разложим $x^{2} + 3 x - 4$ на множители, используя метод группировки.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.2.2.1

Рассмотрим форму $x^{2} + b x + c$ . Найдем пару целых чисел, произведение которых равно $c$ , а сумма — $b$ . В данном случае произведение чисел равно $- 4$ , а сумма — $3$ .

$- 1, 4$

Этап 6.1.2.2.2

Запишем разложение на множители, используя данные целые числа.

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x ((x - 1) (x + 4))}$

$\frac{x^{2} (x + 4) (x - 4)}{x (x - 1) (x + 4)}$

Этап 6.1.3

Сократим выражение, путем отбрасывания общих множителей.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.3.1

Сократим общий множитель $x^{2}$ и $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.3.1.1

Вынесем множитель $x$ из $x^{2} (x + 4) (x - 4)$ .

$\frac{x ((x (x + 4)) (x - 4))}{x (x - 1) (x + 4)}$

Этап 6.1.3.1.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.3.1.2.1

Вынесем множитель $x$ из $x (x - 1) (x + 4)$ .

$\frac{x ((x (x + 4)) (x - 4))}{x ((x - 1) (x + 4))}$

Этап 6.1.3.1.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{x ((x (x + 4)) (x - 4))}{x ((x - 1) (x + 4))}$

Этап 6.1.3.1.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{(x (x + 4)) (x - 4)}{(x - 1) (x + 4)}$

Этап 6.1.3.2

Сократим общий множитель $x + 4$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.3.2.1

Сократим общий множитель.

$\frac{x (x + 4) (x - 4)}{(x - 1) (x + 4)}$

Этап 6.1.3.2.2

Перепишем это выражение.

$\frac{(x) (x - 4)}{x - 1}$

$\frac{x (x - 4)}{x - 1}$

Этап 6.2

Развернем $x (x - 4)$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{x \cdot x + x \cdot - 4}{x - 1}$

Этап 6.2.2

Изменим порядок $x$ и $- 4$ .

$\frac{x \cdot x - 4 x}{x - 1}$

Этап 6.2.3

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\frac{x \cdot x - 4 x}{x - 1}$

Этап 6.2.4

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\frac{x \cdot x - 4 x}{x - 1}$

Этап 6.2.5

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\frac{x^{1 + 1} - 4 x}{x - 1}$

Этап 6.2.6

Добавим $1$ и $1$ .

$\frac{x^{2} - 4 x}{x - 1}$

Этап 6.3

Подготовим многочлены к делению. Если слагаемые представляют не все экспоненты, добавим отсутствующий член со значением $0$ .

$x$

$1$

$x^{2}$

$4 x$

$0$

Этап 6.4

Разделим член с максимальной степенью в делимом $x^{2}$ на член с максимальной степенью в делителе $x$ .

					$x$
	$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$

Этап 6.5

Умножим новое частное на делитель.

				$x$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			+	$x^{2}$	-	$x$

Этап 6.6

Выражение необходимо вычесть из делимого, поэтому изменим все знаки в $x^{2} - x$ .

				$x$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$

Этап 6.7

После изменения знаков добавим последнее делимое из умноженного многочлена, чтобы найти новое делимое.

				$x$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$
					-	$3 x$

Этап 6.8

Вынесем следующие члены из исходного делимого в текущее делимое.

				$x$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$
					-	$3 x$	+	$0$

Этап 6.9

Разделим член с максимальной степенью в делимом $- 3 x$ на член с максимальной степенью в делителе $x$ .

				$x$	-	$3$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$
					-	$3 x$	+	$0$

Этап 6.10

Умножим новое частное на делитель.

				$x$	-	$3$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$
					-	$3 x$	+	$0$
					-	$3 x$	+	$3$

Этап 6.11

Выражение необходимо вычесть из делимого, поэтому изменим все знаки в $- 3 x + 3$ .

				$x$	-	$3$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$
					-	$3 x$	+	$0$
					+	$3 x$	-	$3$

Этап 6.12

После изменения знаков добавим последнее делимое из умноженного многочлена, чтобы найти новое делимое.

				$x$	-	$3$
$x$	-	$1$		$x^{2}$	-	$4 x$	+	$0$
			-	$x^{2}$	+	$x$
					-	$3 x$	+	$0$
					+	$3 x$	-	$3$
							-	$3$

Этап 6.13

Окончательный ответ: неполное частное плюс остаток, деленный на делитель.

$x - 3 - \frac{3}{x - 1}$

Этап 6.14

Разобьем решение на многочлен и остаток.

$x - 3 + \frac{- 3 x^{2} - 12 x}{x^{3} + 3 x^{2} - 4 x}$

Этап 6.15

Наклонная асимптота ― это полиномиальная часть результата деления в столбик.

$y = x - 3$

Этап 7

Это множество всех асимптот.

Вертикальные асимптоты: $x = 1$

Нет горизонтальных асимптот

Наклонные асимптоты: $y = x - 3$

Этап 8