AYT Matematik · Limit ve Süreklilik
Sonsuzda Limit ve Asimptotlar
Bir fonksiyonun x çok büyürken (ya da çok küçülürken) nasıl davrandığını ve hangi noktalarda sınırsızca büyüyüp küçüldüğünü incelemek, asimptotları bulmanın anahtarıdır. Bu konu, sonsuzdaki limitleri derece karşılaştırması ile, düşey ve yatay asimptotları ise tek taraflı limitlerle hızlıca çözmeyi öğretir. AYT'de rasyonel fonksiyon limitleri ve asimptot soruları bu yöntemlerle saniyeler içinde biter.
1. Sonsuzda Limit: Temel Sonuç
x sınırsızca büyürken (x\to\infty) ya da küçülürken (x\to-\infty) fonksiyonun değerini incelemek istiyoruz. Tüm hesabın temelinde şu sonuç yatar:
\lim_{x\to\infty}\frac{1}{x}=0 \qquad\text{ve}\qquad \lim_{x\to-\infty}\frac{1}{x}=0
Genel olarak k pozitif bir tam sayı ise \lim\limits_{x\to\pm\infty}\dfrac{1}{x^{k}}=0 olur. Pay sabit, payda sınırsızca büyüyorsa oran sıfıra gider.
2. Rasyonel Fonksiyonda \frac{\infty}{\infty} — Derece Kuralı
x\to\infty iken pay ve payda ayrı ayrı sonsuza gidiyorsa \frac{\infty}{\infty} belirsizliği oluşur. Rasyonel fonksiyonda bu belirsizlik derece karşılaştırması ile çözülür. Pay derecesi n, payda derecesi m olsun:
| Durum | \lim\limits_{x\to\pm\infty}\dfrac{P(x)}{Q(x)} |
|---|---|
n < m (pay derecesi küçük) | 0 |
n = m (dereceler eşit) | baş katsayıların oranı |
n > m (pay derecesi büyük) | \pm\infty |
Neden? Pay ve paydayı en büyük dereceli terime böleriz; geri kalan tüm terimler \frac{1}{x^{k}} biçiminde olduğundan sıfıra gider. Örneğin:
\lim_{x\to\infty}\frac{3x^{2}+1}{x^{2}-5}=\lim_{x\to\infty}\frac{3+\dfrac{1}{x^{2}}}{1-\dfrac{5}{x^{2}}}=\frac{3+0}{1-0}=3
Pratik kural:
\frac{\infty}{\infty}rasyonel limitte yalnızca en yüksek dereceli terimlere bak. Dereceler eşitse limit baş katsayıların oranıdır; pay küçükse0, pay büyükse\pm\infty'dur.
3. Sonsuz Limit ve Düşey Asimptot
\lim\limits_{x\to a}f(x)=\pm\infty ise fonksiyon x=a doğrusuna yaklaşırken sınırsızca büyür/küçülür; bu durumda x=a doğrusu düşey asimptottur.
Rasyonel fonksiyonda düşey asimptot adayları paydayı sıfır yapan x değerleridir. Ancak bir değer aynı zamanda payı da sıfır yapıyorsa önce sadeleştirme yapılmalıdır; sadeleştirme sonrası hâlâ paydayı sıfır yapan değerler düşey asimptottur.
Düşey asimptotta limit +\infty mu -\infty mu olduğunu anlamak için x\to a^{+} ve x\to a^{-} için paydanın işareti ayrı ayrı incelenir.
4. Yatay Asimptot
\lim\limits_{x\to\infty}f(x)=L veya \lim\limits_{x\to-\infty}f(x)=L ise (burada L sonlu bir sayı) y=L doğrusu yatay asimptottur. Rasyonel fonksiyonda yatay asimptot doğrudan derece kuralından okunur:
n < misey=0(sıfır doğrusu),n = misey=\dfrac{\text{pay baş katsayı}}{\text{payda baş katsayı}},n > mise yatay asimptot yoktur.
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{2x+1}{x^{2}+3} limitini hesaplayınız.
- Pay derecesi
n=1, payda derecesim=2. Belirsizlik\frac{\infty}{\infty}. - Pay derecesi paydadan küçük (
n < m). - Derece kuralına göre limit
0'dır.
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{2x+1}{x^{2}+3}=0.\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{x^{3}-1}{x+2} limitini hesaplayınız.
Pay ve payda derecelerini karşılaştır; pay derecesi büyükse limit sonlu olamaz.
- Pay derecesi
n=3, payda derecesim=1. Belirsizlik\frac{\infty}{\infty}. - Pay derecesi paydadan büyük (
n > m), yani baş terim\dfrac{x^{3}}{x}=x^{2}gibi davranır. x\to\inftyikenx^{2}\to\inftyolduğundan limit+\infty'dur.
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{x^{3}-1}{x+2}=\infty.f(x)=\dfrac{2x+1}{x-3} fonksiyonunun düşey ve yatay asimptotlarını bulunuz.
f(x)=\dfrac{2x+1}{x-3} tipi bir rasyonel fonksiyon: düşey asimptot x=a (burada x=3), yatay asimptot y=L (burada y=2). Eğri bu iki doğruya sınırsızca yaklaşır ama onlara değmez.- Düşey asimptot: Paydayı sıfır yap:
x-3=0\Rightarrow x=3. Bu değer payı sıfır yapmaz (2\cdot 3+1=7\neq 0), o hâldex=3düşey asimptottur. - Yatay asimptot: Pay ve payda dereceleri eşit (
n=m=1). - Baş katsayıların oranı: pay baş katsayı
2, payda baş katsayı1, oran\dfrac{2}{1}=2. - O hâlde
y=2yatay asimptottur.
x=3, yatay asimptot y=2.\lim\limits_{x\to 2^{+}}\dfrac{1}{x-2} ve \lim\limits_{x\to 2^{-}}\dfrac{1}{x-2} limitlerini bulunuz.
Pay pozitif sabit; sonucun işaretini paydanın x\to 2 yakınındaki işareti belirler.
- Sağdan (
x\to 2^{+}):x,2'den büyük olduğundanx-2küçük pozitif sayıdır. Pay1pozitif olduğundan oran+\infty'a gider. - Soldan (
x\to 2^{-}):x,2'den küçük olduğundanx-2küçük negatif sayıdır. Pozitif pay bölü negatif küçük sayı-\infty'a gider. - Sol ve sağ limitler farklı işaretlidir;
x=2düşey asimptottur.
\lim\limits_{x\to 2^{+}}\dfrac{1}{x-2}=+\infty,\quad \lim\limits_{x\to 2^{-}}\dfrac{1}{x-2}=-\infty.\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{\sqrt{x^{2}+1}}{x} limitini hesaplayınız.
x\to\infty iken x > 0 olduğundan \sqrt{x^{2}}=x alınır. Kök içini x^{2} parantezine al.
- Kök içini düzenle:
\sqrt{x^{2}+1}=\sqrt{x^{2}\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}=|x|\sqrt{1+\dfrac{1}{x^{2}}}. x\to\inftyiçinx > 0, dolayısıyla|x|=xalınır.- İfadeyi yaz:
\dfrac{\sqrt{x^{2}+1}}{x}=\dfrac{x\sqrt{1+\frac{1}{x^{2}}}}{x}=\sqrt{1+\dfrac{1}{x^{2}}}. x\to\inftyiken\dfrac{1}{x^{2}}\to 0, böylece ifade\sqrt{1+0}=1'e gider.
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{\sqrt{x^{2}+1}}{x}=1.g(x)=\dfrac{x^{2}-4}{x-2} fonksiyonunun x=2 noktasında düşey asimptotu var mıdır?
Paydayı sıfır yapan değer payı da sıfır yapıyorsa önce sadeleştir.
x=2hem paydayı (2-2=0) hem payı (2^{2}-4=0) sıfır yapar; doğrudan asimptot diyemeyiz.- Payı çarpanlara ayır:
x^{2}-4=(x-2)(x+2). - Sadeleştir:
g(x)=\dfrac{(x-2)(x+2)}{x-2}=x+2(buradax\neq 2). - Sadeleşmiş ifadenin paydası kalmadığından
x=2düşey asimptot değildir; orada yalnızca tanımsız (delik) bir nokta vardır ve\lim\limits_{x\to 2}g(x)=4.
x=2 düşey asimptot değildir; fonksiyonun limiti 4'tür.Çözümlü Sorular
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{5x^{2}-3x+7}{2x^{2}+x-1} limitini hesaplayınız.
-
Pay ve payda dereceleri eşittir (
n=m=2); belirsizlik\frac{\infty}{\infty}. -
Derece kuralına göre limit baş katsayıların oranıdır:
\dfrac{5}{2}.
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{5x^{2}-3x+7}{2x^{2}+x-1}=\dfrac{5}{2}.\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{4x^{3}+2x}{1-x^{3}} limitini hesaplayınız.
-
Pay ve payda dereceleri eşittir (
n=m=3); belirsizlik\frac{\infty}{\infty}. -
Pay baş katsayısı
4, payda baş katsayısı-1. -
Limit baş katsayıların oranıdır:
\dfrac{4}{-1}=-4.
\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{4x^{3}+2x}{1-x^{3}}=-4.f(x)=\dfrac{x^{2}+3}{x^{2}-x-6} fonksiyonunun düşey asimptotlarını bulunuz.
-
Paydayı çarpanlara ayır:
x^{2}-x-6=(x-3)(x+2). -
Paydayı sıfır yapan değerler
x=3vex=-2'dir. -
Bu değerler payı (
x^{2}+3) sıfır yapmaz:3^{2}+3=12\neq 0ve(-2)^{2}+3=7\neq 0. -
Sadeleşme olmadığından her iki değer de düşey asimptottur.
x=3 ve x=-2.\lim\limits_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^{2}+x}-x\right) limitini hesaplayınız.
-
\infty-\inftybelirsizliği var; eşleniği ile çarpıp böl:\sqrt{x^{2}+x}+x. -
\sqrt{x^{2}+x}-x=\dfrac{(x^{2}+x)-x^{2}}{\sqrt{x^{2}+x}+x}=\dfrac{x}{\sqrt{x^{2}+x}+x}. -
Pay ve paydayı
x'e böl; payda\sqrt{1+\frac{1}{x}}+1olur. -
x\to\inftyiken\dfrac{1}{x}\to 0, payda\sqrt{1}+1=2'ye gider, ifade\dfrac{1}{2}olur.
\lim\limits_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^{2}+x}-x\right)=\dfrac{1}{2}.\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{3^{x}+2^{x}}{3^{x}-1} limitini hesaplayınız.
-
Pay ve paydayı
3^{x}ile sadeleştirmek için her terimi3^{x}'e böl. -
Pay:
1+\left(\dfrac{2}{3}\right)^{x}, payda:1-\dfrac{1}{3^{x}}. -
x\to\inftyiken\left(\dfrac{2}{3}\right)^{x}\to 0ve\dfrac{1}{3^{x}}\to 0. -
İfade
\dfrac{1+0}{1-0}=1'e gider.
\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{3^{x}+2^{x}}{3^{x}-1}=1.f(x)=\dfrac{2x+5}{x-1} fonksiyonu için \lim\limits_{x\to 1^{+}}f(x) ve \lim\limits_{x\to 1^{-}}f(x) limitlerini bulunuz.
-
x\to 1iken pay2\cdot 1+5=7pozitif sabite yaklaşır; sonucun işaretini payda belirler. -
Sağdan (
x\to 1^{+}):x-1küçük pozitif sayıdır, pozitif pay bölü pozitif küçük sayı+\infty'a gider. -
Soldan (
x\to 1^{-}):x-1küçük negatif sayıdır, pozitif pay bölü negatif küçük sayı-\infty'a gider.
\lim\limits_{x\to 1^{+}}f(x)=+\infty,\quad \lim\limits_{x\to 1^{-}}f(x)=-\infty.f(x)=\dfrac{(x-1)(x+4)}{x^{2}-1} fonksiyonunun düşey ve yatay asimptotlarını bulunuz.
-
Paydayı çarpanlara ayır:
x^{2}-1=(x-1)(x+1). -
Pay ve paydadaki ortak
(x-1)çarpanını sadeleştir:f(x)=\dfrac{x+4}{x+1}(buradax\neq 1). -
Düşey asimptot: Sadeleşmiş paydayı sıfır yapan
x=-1; payı sıfır yapmaz (-1+4=3\neq 0), düşey asimptottur.x=1ise sadeleştiği için asimptot değil, deliktir. -
Yatay asimptot: Sadeleşmiş ifadede dereceler eşit (
n=m=1), baş katsayı oranı\dfrac{1}{1}=1, yaniy=1.
x=-1, yatay asimptot y=1; x=1 noktası deliktir.Sınav Tarzı Sorular
Aşağıdaki sorular, ÖSYM'nin AYT'de sorduğu çok kavramlı, dolaylı (5 şıklı) soru tarzına örnek olarak özgün biçimde hazırlanmıştır.
f(x)=\dfrac{(a-2)x^{2}+3x}{x^{2}-5} fonksiyonunun yatay asimptotu y=4 doğrusudur.
Buna göre 2a-3 kaçtır?
A) 5 · B) 7 · C) 9 · D) 11 · E) 13
-
Pay ve payda dereceleri eşit (
n=m=2) olduğundan yatay asimptot baş katsayıların oranıdır. -
Baş katsayıların oranı:
\dfrac{a-2}{1}=a-2. -
Yatay asimptot
y=4olduğundana-2=4\Rightarrow a=6. -
İstenen:
2a-3=2\cdot 6-3=9.
9f(x)=\dfrac{x-3}{x^{2}-x-6} fonksiyonu veriliyor.
Buna göre, fonksiyonun düşey asimptotunun apsisi ile yatay asimptotunun ordinatının toplamı kaçtır?
A) -2 · B) -1 · C) 0 · D) 1 · E) 3
-
Paydayı çarpanlara ayır:
x^{2}-x-6=(x-3)(x+2). -
Pay ve paydadaki ortak
(x-3)çarpanını sadeleştir:f(x)=\dfrac{1}{x+2}(buradax\neq 3). Dolayısıylax=3asimptot değil, deliktir. -
Düşey asimptot: Sadeleşmiş paydayı sıfır yapan
x=-2tek düşey asimptottur; apsisi-2. -
Yatay asimptot: Başlangıçta pay derecesi
n=1, payda derecesim=2, yanin<molduğundan yatay asimptoty=0; ordinatı0. -
İstenen toplam:
-2+0=-2.
-2L=\lim\limits_{x\to\infty}\left(\sqrt{4x^{2}+3x}-2x\right) ve M=\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{6x^{2}-1}{2x^{2}+x} olarak veriliyor.
Buna göre \dfrac{M}{L} kaçtır?
A) \dfrac{3}{4} · B) 2 · C) 3 · D) 4 · E) 6
-
Liçin\infty-\inftybelirsizliği var; eşleniği\sqrt{4x^{2}+3x}+2xile çarpıp böl. -
L=\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{(4x^{2}+3x)-4x^{2}}{\sqrt{4x^{2}+3x}+2x}=\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{3x}{\sqrt{4x^{2}+3x}+2x}. -
Pay ve paydayı
x'e böl (x>0):L=\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{3}{\sqrt{4+\frac{3}{x}}+2}=\dfrac{3}{\sqrt{4}+2}=\dfrac{3}{4}. -
Miçin dereceler eşit (n=m=2); baş katsayıların oranıM=\dfrac{6}{2}=3. -
İstenen:
\dfrac{M}{L}=\dfrac{3}{\frac{3}{4}}=3\cdot\dfrac{4}{3}=4.
4f(x)=\dfrac{x^{2}+ax-6}{x^{2}-9} fonksiyonunun x=3 noktasında düşey asimptotu yoktur (orada delik vardır).
Buna göre, fonksiyonun var olan tek düşey asimptotunun apsisi ile yatay asimptotunun ordinatının toplamı kaçtır?
A) -3 · B) -2 · C) 0 · D) 1 · E) 2
-
Payda
x^{2}-9=(x-3)(x+3); düşey asimptot adaylarıx=3vex=-3. -
x=3'te delik olması için pay dax=3'te sıfırlanmalı:9+3a-6=0\Rightarrow 3a+3=0\Rightarrow a=-1. -
a=-1için payx^{2}-x-6=(x-3)(x+2). Sadeleştir:f(x)=\dfrac{(x-3)(x+2)}{(x-3)(x+3)}=\dfrac{x+2}{x+3}(buradax\ne 3). -
Düşey asimptot: Sadeleşmiş paydayı sıfır yapan
x=-3(payı sıfır yapmaz); apsisi-3. -
Yatay asimptot: Başlangıçta dereceler eşit (
2=2), baş katsayı oranı\dfrac{1}{1}=1, yaniy=1; ordinatı1. -
İstenen toplam:
-3+1=-2.
-2L=\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{\sqrt{9x^{2}+1}}{2x-1} limiti veriliyor.
Buna göre L kaçtır?
A) -3 · B) -\dfrac{3}{2} · C) 0 · D) \dfrac{3}{2} · E) 3
x\to-\infty iken x<0 olduğundan \sqrt{x^{2}}=|x|=-x alınır. İşaret hatası en sık yapılan tuzaktır.
-
Kök içini düzenle:
\sqrt{9x^{2}+1}=\sqrt{x^{2}\left(9+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}=|x|\sqrt{9+\dfrac{1}{x^{2}}}. -
x\to-\inftyiçinx<0, dolayısıyla|x|=-x. -
İfade:
\dfrac{-x\sqrt{9+\frac{1}{x^{2}}}}{2x-1}. Pay ve paydayıx'e böl:\dfrac{-\sqrt{9+\frac{1}{x^{2}}}}{2-\frac{1}{x}}. -
x\to-\inftyiken\dfrac{1}{x^{2}}\to 0ve\dfrac{1}{x}\to 0:L=\dfrac{-\sqrt{9}}{2}=\dfrac{-3}{2}=-\dfrac{3}{2}.
-\dfrac{3}{2}A=\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{4^{x}+3^{x+1}}{2\cdot 4^{x}-1} ve B=\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{2^{x}+5}{2^{x}-3} olarak veriliyor.
Buna göre A+B kaçtır?
A) -\dfrac{7}{6} · B) -\dfrac{5}{6} · C) \dfrac{1}{2} · D) \dfrac{7}{6} · E) 2
x\to\infty iken \big(\frac{3}{4}\big)^{x}\to 0; ama x\to-\infty iken 2^{x}\to 0. Yön, hangi terimin baskın olduğunu değiştirir.
-
A: pay ve paydayı4^{x}'e böl. Pay1+3\cdot\big(\frac{3}{4}\big)^{x}, payda2-\dfrac{1}{4^{x}}. -
x\to\inftyiken\big(\frac{3}{4}\big)^{x}\to 0ve\dfrac{1}{4^{x}}\to 0:A=\dfrac{1+0}{2-0}=\dfrac{1}{2}. -
B:x\to-\inftyiken2^{x}\to 0. Doğrudan yerine yaz:B=\dfrac{0+5}{0-3}=-\dfrac{5}{3}. -
İstenen:
A+B=\dfrac{1}{2}-\dfrac{5}{3}=\dfrac{3-10}{6}=-\dfrac{7}{6}. -
Dikkat:
A'da yönx\to+\inftyolduğundan\big(\frac{3}{4}\big)^{x}\to 0oldu; yön-\inftyolsaydı bu terim\infty'a giderdi. Üstel limitlerde yönü daima kontrol et.
-\dfrac{7}{6}Sık Yapılan Hatalar
- Derece kuralını ters uygulamak: Pay derecesi büyükse (
n > m) limit\pm\infty'dur,0değil; pay derecesi küçükse (n < m) limit0'dır,\inftydeğil. - Yatay asimptotu sabit terimlerin oranı sanmak. Dereceler eşitken yatay asimptot baş katsayıların oranıdır (örneğin
\frac{3x^2+1}{x^2-5}içiny=3), sabit terimlerin değil. - Düşey asimptotta sol/sağ işareti incelemeden
\inftydemek. Limit bir yönden+\infty, diğerinden-\inftyolabilir; her zamanx\to a^{+}vex\to a^{-}ayrı bakılır. - Payı VE paydayı birlikte sıfır yapan noktayı doğrudan düşey asimptot sanmak. Önce sadeleştir; sadeleştikten sonra paydayı sıfır yapmıyorsa orası asimptot değil, deliktir.
Sınav İpucu
\frac{\infty}{\infty} biçiminde rasyonel bir limit gördüğünde refleksin derece karşılaştırması olsun: dereceleri yaz, eşitse baş katsayıların oranını al, pay küçükse 0, pay büyükse \pm\infty de. Asimptot sorusunda ise düşey için paydanın köklerini (sadeleştirdikten sonra), yatay için x\to\pm\infty limitini kullan. Bu iki refleks, konunun neredeyse tüm sorularını çözer.