Asymptotisches Verhalten rationaler Funktionen
Sei
f(x)=bnxn+bn−1xn−1+⋯+b1x+b0azxz+az−1xz−1+⋯+a1x+a0=h(x)g(x) eine
rationale Funktion.
Für das Verhalten für
x gegen
Unendlich sind die
Grade z bzw.
n des Zähler- bzw. Nenner-Polynoms entscheidend:
Für
x→∞ geht
f(x)
- gegen sgn(bnaz)⋅∞, falls z>n, wobei mit "sgn" das Vorzeichen des Quotienten gemeint ist (siehe Signum),
- gegen bnaz, falls z=n (die Asymptote ist parallel zur x-Achse),
- gegen 0 (die x-Achse ist waagrechte Asymptote), falls z<n,
Für
x→−∞ ergibt sich im zweiten und dritten Fall jeweils derselbe
Grenzwert wie für
x→∞. Im ersten Fall muss man Zähler- und Nennergrad noch genauer berücksichtigen:
- Ist z−n gerade, so ergibt sich derselbe Grenzwert wie für x→∞.
- Ist z−n ungerade, so ändert sich im Vergleich zu x→∞ das Vorzeichen des Grenzwerts.
Wie weiter unten beschrieben, kann man im ersten Fall den Funktionsterm mittels
Polynomdivision immer in ein
Polynom und einen echt gebrochenrationalen Term zerlegen; das
Polynom beschreibt dann eine sogenannte Asymptotenkurve. (Das Verhalten der Funktionswerte für
x→±∞ kann man dann auch einfacher erhalten, indem man nur das Verhalten der Asymptotenkurve untersucht.) Im Sonderfall
z=n+1 ergibt sich eine schräg verlaufende
Asymptote.
Asymptote
Durch die
Polynomdivision von
g durch
h erhält man
g=a⋅q+r mit
Polynomen a und
r, wobei der
Grad von
r kleiner als der von
h ist. Das asymptotische Verhalten von
- f=(hg)=a+(hr)
- z<n→ x-Achse ist Asymptote: a(x)=0
- z=n→ waagerechte Asymptote: a(x)=bnaz
- z=n+1→ schräge Asymptote: a(x)=mx+c;m=/0 (Spezialfall von 4)
- z>n+1→ polynomiale Näherungsfunktion
Beispiele
Bei der gebrochenrationalen
Funktion f:x↦x2+12x−1 ist der Zählergrad
z = 1 und der Nennergrad
n = 2, der
Grenzwert für
x→±∞ ist also
0.
Die gebrochenrationale
Funktion g:x↦2x−3x3x3−3x+2 hat den Zählergrad
z = 3 und auch den Nennergrad
n = 3; da hier
a3=1 und
b3=−3 ist, ergibt sich für die Gleichung der waagrechten
Asymptote:
y=−31.
Die gebrochenrationale
Funktion f:x↦x−1x2 hat den Zählergrad
z = 2 und den Nennergrad
n = 1; mit den Koeffizienten
a2=1 und
b1=1 ergibt sich also:
f(x)→sgn(11)⋅∞=+∞ für
x→∞. Da hier
z−n=1 ungerade ist, folgt für den
Grenzwert für
x→−∞ das umgedrehte Vorzeichen, also
f(x)→−∞. Diese
Funktion kann man auch schreiben als
f:x↦x+1+x−11, das heißt, die (schräge)
Asymptote hat die Gleichung
y=x+1 (und daraus ergibt sich auch leicht wieder das eben geschilderte Grenzverhalten).
Wir Mathematiker sind die wahren Dichter, nur müssen wir das, was unsere Phantasie schafft, noch beweisen.
Leopold Kronecker
Anbieterkеnnzeichnung: Mathеpеdιa von Тhοmas Stеιnfеld
• Dοrfplatz 25 • 17237 Blankеnsее
• Tel.: 01734332309 (Vodafone/D2) •
Email: cο@maτhepedιa.dе