Номер 5.118, страница 162 - гдз по алгебре 11 класс учебник Никольский, Потапов

Авторы: Никольский С. М., Потапов М. К., Решетников Н. Н., Шевкин А. В.
Тип: Учебник
Серия: мгу - школе
Издательство: Просвещение
Год издания: 2014 - 2025
Уровень обучения: базовый и углублённый
Цвет обложки: голубой в сеточку
ISBN: 978-5-09-087641-4
Допущено Министерством просвещения Российской Федерации
Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия
Популярные ГДЗ в 11 классе
Параграф 5. Применение производной. Глава 1. Функции. Производные. Интегралы - номер 5.118, страница 162.
№5.118 (с. 162)
Условие. №5.118 (с. 162)
скриншот условия

5.118* Найдите множество значений функции и постройте её график:
а) $y = \frac{x^2 - 3x + 1}{x^2 + 1}$;
б) $y = \frac{x^2 - 2x + 1}{x^2 + 3}$,
в) $y = \frac{x^2 + 3x + 1}{x^2 + 1}$;
г) $y = \frac{x^2 + 2x + 1}{x^2 + 3}$.
Решение 1. №5.118 (с. 162)






Решение 2. №5.118 (с. 162)






Решение 4. №5.118 (с. 162)
a) $y = \frac{x^2 - 3x + 1}{x^2 + 1}$
1. Нахождение множества значений функции.
Область определения функции $D(y) = (-\infty; +\infty)$, так как знаменатель $x^2 + 1 > 0$ при любых $x$.
Чтобы найти множество значений, выразим $x$ через $y$. Рассмотрим данное уравнение как уравнение относительно $x$ при заданном параметре $y$:
$y(x^2 + 1) = x^2 - 3x + 1$
$yx^2 + y = x^2 - 3x + 1$
$(y-1)x^2 + 3x + (y-1) = 0$
Это квадратное уравнение относительно $x$. Оно имеет действительные решения, если его дискриминант $D \geq 0$.
Рассмотрим два случая:
1) Если $y-1 \neq 0$, то есть $y \neq 1$.
Дискриминант $D = 3^2 - 4(y-1)(y-1) = 9 - 4(y-1)^2$.
Условие $D \geq 0$ дает нам неравенство:
$9 - 4(y-1)^2 \geq 0$
$4(y-1)^2 \leq 9$
$(y-1)^2 \leq \frac{9}{4}$
$|y-1| \leq \frac{3}{2}$
$-\frac{3}{2} \leq y-1 \leq \frac{3}{2}$
$1 - \frac{3}{2} \leq y \leq 1 + \frac{3}{2}$
$-\frac{1}{2} \leq y \leq \frac{5}{2}$
2) Если $y-1 = 0$, то есть $y=1$. Уравнение принимает вид $3x = 0$, откуда $x=0$. Это означает, что значение $y=1$ достигается при $x=0$. Данное значение входит в найденный промежуток.
Следовательно, множество значений функции $E(y) = [-\frac{1}{2}, \frac{5}{2}]$.
2. Построение графика.
- Асимптоты: Вертикальных асимптот нет. Горизонтальная асимптота: $y = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{x^2 - 3x + 1}{x^2 + 1} = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{1 - 3/x + 1/x^2}{1 + 1/x^2} = 1$. Таким образом, $y=1$ — горизонтальная асимптота.
- Точки пересечения с осями:
С осью Oy ($x=0$): $y = \frac{0-0+1}{0+1} = 1$. Точка $(0, 1)$.
С осью Ox ($y=0$): $x^2 - 3x + 1 = 0 \implies x = \frac{3 \pm \sqrt{9-4}}{2} = \frac{3 \pm \sqrt{5}}{2}$. Точки $(\frac{3-\sqrt{5}}{2}, 0) \approx (0.38, 0)$ и $(\frac{3+\sqrt{5}}{2}, 0) \approx (2.62, 0)$. - Экстремумы и монотонность: Найдем производную: $y' = \frac{(2x-3)(x^2+1) - (x^2-3x+1)(2x)}{(x^2+1)^2} = \frac{3x^2 - 3}{(x^2+1)^2} = \frac{3(x-1)(x+1)}{(x^2+1)^2}$.
$y'=0$ при $x=1$ и $x=-1$.
При $x < -1$ и $x > 1$, $y' > 0$ (функция возрастает).
При $-1 < x < 1$, $y' < 0$ (функция убывает).
$x=-1$ — точка максимума. $y(-1) = \frac{1+3+1}{1+1} = \frac{5}{2}$. Точка максимума $(-1, \frac{5}{2})$.
$x=1$ — точка минимума. $y(1) = \frac{1-3+1}{1+1} = -\frac{1}{2}$. Точка минимума $(1, -\frac{1}{2})$.
Описание графика: График начинается вблизи асимптоты $y=1$ при $x \to -\infty$, возрастает до точки максимума $(-1, 2.5)$, затем убывает, пересекая ось Oy в точке $(0, 1)$ и ось Ox в точке $\approx (0.38, 0)$, достигает минимума в точке $(1, -0.5)$. После этого график возрастает, пересекает ось Ox в точке $\approx (2.62, 0)$ и асимптотически приближается к прямой $y=1$ снизу при $x \to +\infty$.
Ответ: Множество значений функции $E(y) = [-\frac{1}{2}, \frac{5}{2}]$. График имеет горизонтальную асимптоту $y=1$, точку максимума $(-1, \frac{5}{2})$ и точку минимума $(1, -\frac{1}{2})$.
б) $y = \frac{x^2 - 2x + 1}{x^2 + 3} = \frac{(x-1)^2}{x^2 + 3}$
1. Нахождение множества значений функции.
Так как $(x-1)^2 \geq 0$ и $x^2 + 3 > 0$, то $y \geq 0$ для всех $x$. Минимум $y=0$ достигается при $x=1$.
Найдем максимальное значение. Преобразуем уравнение:
$y(x^2 + 3) = x^2 - 2x + 1$
$(y-1)x^2 + 2x + (3y-1) = 0$
1) Если $y \neq 1$. Дискриминант $D = 2^2 - 4(y-1)(3y-1) = 4 - 4(3y^2 - 4y + 1) = -12y^2 + 16y$.
Для существования решений $D \geq 0$: $-12y^2 + 16y \geq 0 \implies 12y^2 - 16y \leq 0 \implies 4y(3y-4) \leq 0$. Корни $y=0$ и $y=4/3$. Так как ветви параболы направлены вверх, неравенство выполняется для $0 \leq y \leq \frac{4}{3}$.
2) Если $y=1$. Уравнение становится $2x + (3-1) = 0 \implies 2x+2=0 \implies x=-1$. Значение $y=1$ достигается.
Объединяя результаты, получаем множество значений $E(y) = [0, \frac{4}{3}]$.
2. Построение графика.
- Асимптоты: Вертикальных асимптот нет. Горизонтальная асимптота $y=1$.
- Точки пересечения с осями:
С осью Oy ($x=0$): $y = \frac{1}{3}$. Точка $(0, \frac{1}{3})$.
С осью Ox ($y=0$): $(x-1)^2 = 0 \implies x=1$. График касается оси Ox в точке $(1, 0)$. - Экстремумы и монотонность: $y' = \frac{2(x-1)(x^2+3) - (x-1)^2(2x)}{(x^2+3)^2} = \frac{2(x-1)(x^2+3 - x(x-1))}{(x^2+3)^2} = \frac{2(x-1)(2x+3)}{(x^2+3)^2}$ Неверно. Пересчитаем производную: $y' = \frac{(2x-2)(x^2+3) - (x^2-2x+1)(2x)}{(x^2+3)^2} = \frac{2x^3+6x-2x^2-6 - (2x^3-4x^2+2x)}{(x^2+3)^2} = \frac{2x^2+4x-6}{(x^2+3)^2} = \frac{2(x+3)(x-1)}{(x^2+3)^2}$.
$y'=0$ при $x=1$ и $x=-3$.
$x=1$ — точка минимума. $y(1) = 0$. Точка минимума $(1, 0)$.
$x=-3$ — точка максимума. $y(-3) = \frac{(-3-1)^2}{(-3)^2+3} = \frac{16}{12} = \frac{4}{3}$. Точка максимума $(-3, \frac{4}{3})$.
Описание графика: График приближается к асимптоте $y=1$ слева, возрастает до точки максимума $(-3, 4/3)$, затем убывает, пересекая ось Oy в точке $(0, 1/3)$, и касается оси Ox в точке минимума $(1, 0)$. После этого график возрастает и асимптотически приближается к $y=1$ снизу.
Ответ: Множество значений функции $E(y) = [0, \frac{4}{3}]$. График имеет горизонтальную асимптоту $y=1$, точку максимума $(-3, \frac{4}{3})$ и точку минимума $(1, 0)$, где он касается оси Ox.
в) $y = \frac{x^2 + 3x + 1}{x^2 + 1}$
1. Нахождение множества значений функции.
Заметим, что $y_в(x) = \frac{x^2+3x+1}{x^2+1} = \frac{(-x)^2-3(-x)+1}{(-x)^2+1} = y_а(-x)$. Это означает, что график функции (в) симметричен графику функции (а) относительно оси Oy. Следовательно, множество значений у них совпадает.
$E(y) = [-\frac{1}{2}, \frac{5}{2}]$.
2. Построение графика.
- Асимптоты: Горизонтальная асимптота $y=1$.
- Точки пересечения с осями:
С осью Oy ($x=0$): $y = 1$. Точка $(0, 1)$.
С осью Ox ($y=0$): $x^2 + 3x + 1 = 0 \implies x = \frac{-3 \pm \sqrt{5}}{2}$. Точки $(\frac{-3-\sqrt{5}}{2}, 0) \approx (-2.62, 0)$ и $(\frac{-3+\sqrt{5}}{2}, 0) \approx (-0.38, 0)$. - Экстремумы и монотонность: Исходя из симметрии с функцией (а), экстремумы будут при $x=-(-1)=1$ (максимум) и $x=-(1)=-1$ (минимум).
Проверим производной: $y' = \frac{(2x+3)(x^2+1) - (x^2+3x+1)(2x)}{(x^2+1)^2} = \frac{-3x^2+3}{(x^2+1)^2} = \frac{-3(x-1)(x+1)}{(x^2+1)^2}$.
$y'=0$ при $x=1$ и $x=-1$.
$x=1$ — точка максимума. $y(1) = \frac{1+3+1}{1+1} = \frac{5}{2}$. Точка $(1, \frac{5}{2})$.
$x=-1$ — точка минимума. $y(-1) = \frac{1-3+1}{1+1} = -\frac{1}{2}$. Точка $(-1, -\frac{1}{2})$.
Описание графика: График начинается вблизи асимптоты $y=1$ при $x \to -\infty$, убывает, пересекая ось Ox в точке $\approx (-2.62, 0)$, достигает минимума в точке $(-1, -0.5)$, затем возрастает, пересекая Ox в точке $\approx (-0.38, 0)$ и Oy в точке $(0, 1)$, достигает максимума в точке $(1, 2.5)$ и далее убывает, асимптотически приближаясь к $y=1$ сверху.
Ответ: Множество значений функции $E(y) = [-\frac{1}{2}, \frac{5}{2}]$. График имеет горизонтальную асимптоту $y=1$, точку максимума $(1, \frac{5}{2})$ и точку минимума $(-1, -\frac{1}{2})$.
г) $y = \frac{x^2 + 2x + 1}{x^2 + 3} = \frac{(x+1)^2}{x^2 + 3}$
1. Нахождение множества значений функции.
Заметим, что $y_г(x) = y_б(-x)$. График функции (г) симметричен графику функции (б) относительно оси Oy. Множества значений совпадают.
$E(y) = [0, \frac{4}{3}]$.
2. Построение графика.
- Асимптоты: Горизонтальная асимптота $y=1$.
- Точки пересечения с осями:
С осью Oy ($x=0$): $y = \frac{1}{3}$. Точка $(0, \frac{1}{3})$.
С осью Ox ($y=0$): $(x+1)^2 = 0 \implies x=-1$. График касается оси Ox в точке $(-1, 0)$. - Экстремумы и монотонность: Экстремумы симметричны точкам из (б): минимум при $x=-1$, максимум при $x=3$.
Проверим производной: $y' = \frac{2(x+1)(x^2+3) - (x+1)^2(2x)}{(x^2+3)^2} = \frac{2(x+1)(x^2+3 - x^2-x)}{(x^2+3)^2} = \frac{2(x+1)(3-x)}{(x^2+3)^2}$.
$y'=0$ при $x=-1$ и $x=3$.
$x=-1$ — точка минимума. $y(-1) = 0$. Точка $(-1, 0)$.
$x=3$ — точка максимума. $y(3) = \frac{(3+1)^2}{3^2+3} = \frac{16}{12} = \frac{4}{3}$. Точка $(3, \frac{4}{3})$.
Описание графика: График приближается к асимптоте $y=1$ слева, убывает до точки минимума $(-1, 0)$, где касается оси Ox. Затем возрастает, пересекая Oy в точке $(0, 1/3)$, достигает максимума в точке $(3, 4/3)$ и после этого убывает, приближаясь к асимптоте $y=1$ сверху.
Ответ: Множество значений функции $E(y) = [0, \frac{4}{3}]$. График имеет горизонтальную асимптоту $y=1$, точку максимума $(3, \frac{4}{3})$ и точку минимума $(-1, 0)$, где он касается оси Ox.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по алгебре за 11 класс, для упражнения номер 5.118 расположенного на странице 162 к учебнику серии мгу - школе 2014 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по алгебре к упражнению №5.118 (с. 162), авторов: Никольский (Сергей Михайлович), Потапов (Михаил Константинович), Решетников (Николай Николаевич), Шевкин (Александр Владимирович), ФГОС (старый) базовый и углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.