第一節 有理函數的定義
有理函數的定義

有理函數(rational function,又稱代數分式)是兩個多項式相除所得的函數,它可被寫成\(\;\displaystyle \frac{P}{Q}\;\)的形式,當中\(\;P,Q\;\)均為多項式,而\(\;Q\neq 0\)。

例如:\(\displaystyle \frac{1}{x+1}\)、\(\displaystyle \frac{x-1}{x^2+3x+4}\)、\(\displaystyle \frac{x^3-1}{x-1}\)、\(\displaystyle \frac{2x-y}{3x+4y-1}\;\)等等,都是有理函數。

有理函數的定義域和值域

一個分數的分母不可以是零,故此有理函數在分母為零時沒有定義。所以,一個有理函數的定義域就是所有使它的分母不為零的值。

例如,有理函數\(\;\displaystyle y=\frac{1}{x+1}\;\)在\(\;x+1=0\),即\(\;x=-1\;\)時沒有定義,所以\(\;y\;\)的定義域為除了\(\;-1\;\)之外的所有\(\;x\)。

有理函數的值域比較複雜,我們會在下一節的活動二中研究這個問題。

活動 —— 有理函數的圖像

請在附設的模擬模型中,移動數值滑桿來改變有理函數\(\;\displaystyle y=\frac{ax^2+bx+c}{dx^2+ex+f}\;\)的係數,並觀察多項式圖像的變化。

在右圖中,紅點和綠點所示的分別為有理函數\(\;y\;\)的\(\;x\;\)軸和\(\;y\;\)軸截距。

  1. 函數的\(\;x\;\)軸截距是
    • 使分子等於零的 \(x\)
    • 使分母等於零的 \(x\)
     
  2. 函數的\(\;y\;\)軸截距是
    • \(a/d\)
    • \(b/e\)
    • \(c/f\)
     

另外,紅色虛線是函數\(\;y\;\)的水平漸近線,而綠色虛線則是函數\(\;y\;\)的垂直漸近線。

  1. 函數的垂直漸近線的\(\;x\;\)軸截距是
    • 使分子等於零的 \(x\)
    • 使分母等於零的 \(x\)
     
  2. 要找出函數的水平漸近線則比較困難,我們需要先學習極限的概念。

  1. 首先,請在附設的模擬模型中,輸入函數\(\;\displaystyle f(x)=\frac{1}{x-1}\),並仔細觀察該函數的圖像。

    \(f(x)\;\)的值域包含全部實數嗎?

                   

    \(f(x)\;\)的值域不包含以下哪個數?(注意
    • 不適用
    • 0
    • 1
    • 0, 1

    從\(\;f(x)\;\)的圖像可以看出,它的值域就是\(\;x\neq 0\)。

  1. 現在,請輸入函數\(\;\displaystyle g(x)=\frac{x^2+x-2}{x^2-x-2}\),並仔細觀察該函數的圖像。

    \(g(x)\;\)的值域包含全部實數嗎?

                   

    \(g(x)\;\)的值域不包含以下哪個數?(注意
    • 不適用
    • 1
    • -1, 2

  1. 現在,請輸入函數\(\;\displaystyle h(x)=\frac{x^2+x+1}{2x-1}\),並仔細觀察該函數的圖像。

    \(h(x)\;\)的值域包含全部實數嗎?

                   

    要找出函數\(\;h(x)\;\)的值域並不容易。事實上,它的值域是\(\;x < \Large{\frac{1}{2}}\) \((1-\sqrt{7})\;\)及\(\;x > \Large{\frac{1}{2}}\) \((1+\sqrt{7})\)。

請在附設的模擬模型中,分別輸入函數\(\;\displaystyle f(x)=x-2\;\)和\(\;\displaystyle g(x)=\frac{x^2-3x+2}{x-1}\),並仔細觀察該兩函數的圖像。

  1. 兩個函數的圖像相似嗎?
    • 相似
    • 不相似
     
  2. 這兩個函數是否相同?
    • 相同
    • 不相同
     

事實上,如果\(\;x\neq 2\),我們有 \[\displaystyle g(x)=\frac{x^2-3x+2}{x-1}=\frac{(x-1)(x-2)}{x-1}=x-2=f(x)\] 所以函數\(\;f(x)\;\)和\(\;g(x)\;\)在兩者皆有定義的地方均相等。不過,這兩個函數的定義域並不相同,所以不是相同的函數。在新高中課程中,我們沒有需要分辨這兩個函數,而在化簡有理函數的過程中,這兩個函數會被當成相等。

有理函數的圖像
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