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Lição 47 — 점근선과 점근적 거동

수직 점근선, 수평 점근선, 사선 점근선: 극한에 의한 정의, 유리함수에 대한 계산, 약동학, 경제학 및 인구 증장에서의 응용.

Used in: 2.º ano EM · Equiv. Math II japonês cap. 5 · Equiv. Klasse 11 alemã análise de funções

limxa±f(x)=±    x=a 수직 점근선\lim_{x \to a^{\pm}} f(x) = \pm\infty \;\Rightarrow\; x = a \text{ 수직 점근선}
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

정의 및 정리

수직 점근선

"We say the function has a vertical asymptote at x=ax = a if limxaf(x)=±\lim_{x \to a^-} f(x) = \pm\infty or limxa+f(x)=±\lim_{x \to a^+} f(x) = \pm\infty." — OpenStax Calculus Volume 1, §2.2

수평 점근선

"A function ff has a horizontal asymptote of y=Ly = L if limxf(x)=L\lim_{x \to \infty} f(x) = L or limxf(x)=L\lim_{x \to -\infty} f(x) = L." — OpenStax Calculus Volume 1, §4.6

유리함수 규칙 f=P/Qf = P/Q이며 degP=m\deg P = m, degQ=n\deg Q = n:

경우AHAO
m<nm < ny=0y = 0없음
m=nm = ny=am/bny = a_m/b_n (선행 계수의 비율)없음
m=n+1m = n + 1없음y=y = 장나눗셈의 몫
m>n+1m > n + 1없음없음 (초선형 증장)

사선 점근선

m=limx±f(x)x,b=limx±(f(x)mx)m = \lim_{x \to \pm\infty} \frac{f(x)}{x}, \qquad b = \lim_{x \to \pm\infty} \bigl(f(x) - mx\bigr)
what this means · m을 먼저 계산하고 b를 계산. m = 0이면 극한은 AH일 것, AO 아님.

"If the degree of the numerator is one more than the degree of the denominator, the rational function has an oblique asymptote found by polynomial long division." — APEX Calculus, §3.5

고전 함수들 — 참조 표

함수AVAHAO1/xx = 0y = 0(x+1)/(x−1)x = 1y = 1(x²+1)/xx = 0y = xy = 0 (x→−∞)ln xx = 0arctan xy = ±π/2tan xx = π/2 + kπ

기본 함수들의 점근선 표. 핵심: arctan은 두 개의 서로 다른 AH를 가짐; tan은 무한히 많은 AV를 가짐.

풀이된 예제

Exercise list

42 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 23Understanding 6Modeling 9Challenge 1Proof 3
  1. Ex. 47.1Application

    f(x)=5x29f(x) = \dfrac{5}{x^2 - 9}의 모든 수직 점근선을 결정하고 수평 점근선을 구하라.

  2. Ex. 47.2Application

    f(x)=x2+x2x21f(x) = \dfrac{x^2 + x - 2}{x^2 - 1}의 수직 점근선을 결정하라.

  3. Ex. 47.3Application

    f(x)=x24x2f(x) = \dfrac{x^2 - 4}{x - 2}의 수직 점근선을 결정하라.

  4. Ex. 47.4ApplicationAnswer key

    f(x)=1xf(x) = \dfrac{1}{x}에 대해 AV를 결정하고 두 단측 극한을 계산하여 부호를 나타내라.

  5. Ex. 47.5ApplicationAnswer key

    f(x)=x2x2xf(x) = \dfrac{x^2}{x^2 - x}의 유일한 수직 점근선을 결정하라.

  6. Ex. 47.6Application

    f(x)=tanxf(x) = \tan x의 모든 수직 점근선을 결정하고 설명하라.

  7. Ex. 47.7Application

    f(x)=x2x21f(x) = \dfrac{x^2}{x^2 - 1}의 수직 점근선을 결정하라.

  8. Ex. 47.8Understanding

    함수 f(x)=lnxf(x) = \ln x는 수직 점근선을 가지나? 그렇다면 어느 점에서 그리고 극한의 부호는?

  9. Ex. 47.9UnderstandingAnswer key

    함수 f(x)=1xlnxf(x) = \dfrac{1}{x \ln x}x=0x = 0에서 AV를 가지나? x=1x = 1에서? 각 경우를 정당화하라.

  10. Ex. 47.10Application

    f(x)=x31x21f(x) = \dfrac{x^3 - 1}{x^2 - 1}의 모든 점근선을 결정하라.

  11. Ex. 47.11Application

    f(x)=2x23x2+1f(x) = \dfrac{2x^2 - 3}{x^2 + 1}의 점근선을 결정하라.

  12. Ex. 47.12UnderstandingAnswer key

    유리함수 f(x)=P(x)/(x21)f(x) = P(x)/(x^2 - 1)이 반드시 x=1x = 1x=1x = -1에서 AV를 가지나?

  13. Ex. 47.13Application

    f(x)=3x+1x2f(x) = \dfrac{3x + 1}{x - 2}의 수평 점근선을 결정하라.

  14. Ex. 47.14Application

    f(x)=exf(x) = e^{-x}의 수평 점근선을 ++\infty-\infty에서 각각 결정하라.

  15. Ex. 47.15Application

    f(x)=arctanxf(x) = \arctan x의 수평 점근선을 결정하라.

  16. Ex. 47.16ApplicationAnswer key

    f(x)=x2+1xf(x) = \dfrac{x^2 + 1}{x}의 사선 점근선과 수직 점근선을 결정하라.

  17. Ex. 47.17Application

    장나눗셈으로 f(x)=x2+3x+1x2f(x) = \dfrac{x^2 + 3x + 1}{x - 2}의 사선 점근선을 결정하라.

  18. Ex. 47.18Application

    극한 방법 (m=limf/xm = \lim f/x, 그 다음 bb)을 이용하여 f(x)=x3x2+1f(x) = \dfrac{x^3}{x^2 + 1}의 사선 점근선을 결정하라.

  19. Ex. 47.19Application

    f(x)=x2x+1f(x) = \dfrac{x^2}{x + 1}의 사선 점근선을 결정하라.

  20. Ex. 47.20UnderstandingAnswer key

    f(x)=x2+2xxf(x) = \dfrac{x^2 + 2x}{x}를 분석하라: 단순화하고, 가능한 점근선을 파악하고, 완전한 그래프를 설명하라.

  21. Ex. 47.21Application

    f(x)=1x24f(x) = \dfrac{1}{x^2 - 4}의 모든 점근선을 파악하라.

  22. Ex. 47.22Application

    f(x)=xx2+1f(x) = \dfrac{x}{x^2 + 1}의 모든 점근선을 파악하라.

  23. Ex. 47.23Application

    f(x)=x2+2xx1f(x) = \dfrac{x^2 + 2x}{x - 1}의 모든 점근선을 파악하라.

  24. Ex. 47.24Application

    f(x)=tanhx=exexex+exf(x) = \tanh x = \dfrac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}}의 수평 점근선을 결정하라.

  25. Ex. 47.25Application

    f(x)=x2+1f(x) = \sqrt{x^2 + 1}의 사선 점근선을 결정하라.

  26. Ex. 47.26ApplicationAnswer key

    f(x)=xexf(x) = x \cdot e^{-x}의 점근선을 결정하라.

  27. Ex. 47.27Application

    f(x)=x4+1x31f(x) = \dfrac{x^4 + 1}{x^3 - 1}의 모든 점근선을 결정하라.

  28. Ex. 47.28Modeling

    제1차 제거 약동학에서 C(t)=C0ektC(t) = C_0 e^{-kt} (k>0k > 0). 수평 점근선을 결정하고 임상적으로 해석하라.

  29. Ex. 47.29Modeling

    모형 C(t)=Att+kC(t) = \dfrac{At}{t + k} (약물 농도 mg/L)에서 AH를 결정하고 농도가 평탄의 50%50\%에 도달하는 시간 t50t_{50}을 계산하라.

  30. Ex. 47.30Modeling

    총 비용 C(q)=F+cqC(q) = F + cq. 평균 비용 Cˉ(q)=C(q)/q\bar{C}(q) = C(q)/q. Cˉ\bar{C}의 점근선을 결정하고 경제적으로 해석하라.

  31. Ex. 47.31Modeling

    로지스틱 모형 P(t)=K1+(KP0P0)ertP(t) = \dfrac{K}{1 + \left(\frac{K - P_0}{P_0}\right)e^{-rt}}에서 AH를 결정하고 생물학적으로 해석하라.

  32. Ex. 47.32Modeling

    속도에 비례하는 저항이 있는 낙하체: v(t)=mgk ⁣(1ekt/m)v(t) = \dfrac{mg}{k}\!\left(1 - e^{-kt/m}\right). 수평 점근선을 결정하고 파라미터 mmkk의 역할을 설명하라.

  33. Ex. 47.33ModelingAnswer key

    모형 C(t)=120tt+4C(t) = \dfrac{120t}{t + 4} (mg/L)에서 농도가 점근 값의 90%90\%에 도달하는 데 걸리는 시간은?

  34. Ex. 47.34Modeling

    점 하전의 전기장은 E(r)=kq/r2E(r) = kq/r^2 (r>0r > 0). 점근선 (AH, AV)을 결정하고 물리적으로 해석하라.

  35. Ex. 47.35Modeling

    쌍곡선 x2y2=1x^2 - y^2 = 1은 사선 점근선을 가짐. 이를 결정하고 가지들과 점근선을 스케치하라.

  36. Ex. 47.36ModelingAnswer key

    이차 총 비용: C(q)=aq2+bq+FC(q) = aq^2 + bq + F (a>0a > 0). 평균 비용 Cˉ(q)=C(q)/q\bar{C}(q) = C(q)/q은 어떤 사선 점근선을 가지나? 경제적으로 해석하라.

  37. Ex. 47.37Understanding

    함수가 자신의 수평 점근선을 가로질러갈 수 있나?

  38. Ex. 47.38Understanding

    함수가 같은 방향 (x+x \to +\infty)에서 수평 점근선과 사선 점근선을 동시에 가질 수 있나?

  39. Ex. 47.39Challenge

    f(x)=x4+1x31f(x) = \dfrac{x^4 + 1}{x^3 - 1}의 모든 점근선을 결정하라.

  40. Ex. 47.40ProofAnswer key

    y=mx+by = mx + bff의 사선 점근선이면 필수적으로 m=limxf(x)/xm = \lim_{x \to \infty} f(x)/x이고 b=limx(f(x)mx)b = \lim_{x \to \infty}(f(x) - mx)임을 증명하라.

  41. Ex. 47.41Proof

    함수가 x+x \to +\infty일 때 동시에 수평 점근선과 사선 점근선 (m0m \neq 0)을 가질 수 없음을 엄격하게 증명하라.

  42. Ex. 47.42Proof

    f=P/Qf = P/Q가 유리함수이고 degP=degQ=n\deg P = \deg Q = n이면 ff는 AH y=an/bny = a_n/b_n을 가지고 여기서 an,bna_n, b_n은 각각 PP, QQ의 선행 계수임을 증명하라.

출처

  • Calculus Volume 1 — OpenStax · Strang & Herman · 2016 · §2.2 (무한 극한 및 AV) 및 §4.6 (AH, AO, 응용) · CC-BY-NC-SA 4.0. 정의, 차수 규칙 및 적용 예제의 주요 출처.
  • APEX Calculus — Hartman et al. · 2024 · §1.4 (무한 극한, tan 및 log의 거동) 및 §3.5 (곡선 스케치, 장나눗셈에 의한 AO) · CC-BY-NC 4.0.
  • Active Calculus — Boelkins · 2024 · §1.2 및 §1.8 (장기 거동, 무한에서의 극한) · CC-BY-NC-SA 4.0. 사전 질문, 조사 연습을 이용한 활동적 접근.

Updated on 2026-05-11 · Author(s): Clube da Matemática

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