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107 台灣大學微積分(B) 第 8 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

107學年度 · 107台大微積分B · 第 8 題

題目

Problem

Part II Fill in the blanks

  1. Let f(x)=arctan⁡(x2)+x2−1x2+1f(x)=\arctan(x^2)+\dfrac{x^2-1}{x^2+1}. The graph of ff has a horizontal asymptote represented by the equation (8)‾\underline{\quad(8)\quad} and the global minimum value of ff is (9)‾\underline{\quad(9)\quad}.

解答

解法一

思路

展開

先由兩端極限找水平漸近線,再用導數的正負判斷全域最小值。注意函數只含 x2x^2,故左右兩側行為對稱。

答題過程

展開

當 x→±∞x\to\pm\infty 時,arctan⁡(x2)→π2\arctan(x^2)\to\frac\pi2,且

x2−1x2+1⟶1.\frac{x^2-1}{x^2+1}\longrightarrow1.

因此水平漸近線為

y=1+π2.\boxed{y=1+\frac\pi2}.

再微分得

f′(x)=2x1+x4+4x(x2+1)2=2x(11+x4+2(x2+1)2).f'(x)=\frac{2x}{1+x^4}+\frac{4x}{(x^2+1)^2} =2x\left(\frac1{1+x^4}+\frac2{(x^2+1)^2}\right).

括號內恆正,所以 f′(x)f'(x) 在 x<0x<0 時為負、在 x>0x>0 時為正。故 x=0x=0 是全域最小點,

f(0)=arctan⁡0+−11=−1.f(0)=\arctan0+\frac{-1}{1}=\boxed{-1}.