공통수학2 · 유리함수와 무리함수
02 유리함수의 그래프
개념
표준형 $y=\dfrac{k}{x-p}+q$ 꼴로 바꿔 그린다
점근선 $x=p$, $y=q$
정의역·치역 $\{x\mid x\neq p\}$, $\{y\mid y\neq q\}$
대칭 점 $(p, q)$, 직선 $y=\pm(x-p)+q$
자주 나오는 유형
유형 1 유리함수의 그래프와 정의역·치역
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{2x+1}{x-1}$의 정의역이 $\{x\mid x\neq a\}$, 치역이 $\{y\mid y\neq b\}$일 때, $a+b$의 값을 구하시오.
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$y=\dfrac{2(x-1)+3}{x-1}=\dfrac{3}{x-1}+2$
정의역 $\{x\mid x\neq 1\}$, 치역 $\{y\mid y\neq 2\}$
$\therefore$ $a+b=$ $3$
$x$
$y$
$O$
$1$
$2$
사고 흐름
① 분자를 분모로 나눠 $\dfrac{k}{x-p}+q$ 꼴로 바꾼다
② 점근선 $x=p$, $y=q$를 읽는다
③ 정의역은 $p$, 치역은 $q$를 뺀 실수
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
정의역이 $\{x\mid a\le x\le 1\}$인 함수 $f(x)=\dfrac{2x+5}{x+3}$의 치역이 $\{y\mid 1\le y\le b\}$일 때, $a+b$의 값을 구하시오.
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$f(x)=-\dfrac{1}{x+3}+2$ → $x>-3$에서 증가
치역이 한 구간이므로 정의역은 점근선 $x=-3$의 오른쪽
$f(a)=1$에서 $a+3=1$, $a=-2$ ($>-3$), $f(1)=\dfrac{7}{4}=b$
$\therefore$ $a+b=$ $-\dfrac{1}{4}$
사고 흐름
① 표준형으로 바꿔 증가인지 감소인지 본다
② 정의역이 점근선을 사이에 두는지 확인한다
③ 양 끝값을 치역의 양 끝에 맞춘다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 2 유리함수의 그래프의 점근선
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{ax+1}{x+b}$의 그래프의 점근선이 두 직선 $x=2$, $y=3$일 때, 상수 $a$, $b$에 대하여 $a+b$의 값을 구하시오.
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$y=\dfrac{ax+1}{x+b}$의 점근선은 $x=-b$, $y=a$
$-b=2$, $a=3$
$\therefore$ $a+b=$ $1$
사고 흐름
① 분모가 $0$이 되는 $x$가 세로 점근선
② $x$의 계수의 비가 가로 점근선
③ 두 값을 비교해 미지수를 구한다
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
두 함수 $y=\dfrac{ax+1}{x-2}$, $y=\dfrac{-x+1}{x+1}$의 그래프의 점근선으로 둘러싸인 도형의 넓이가 $12$일 때, 양수 $a$의 값을 구하시오.
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점근선: $x=2$, $y=a$ / $x=-1$, $y=-1$
가로 $2-(-1)=3$, 세로 $|a-(-1)|=|a+1|$
$3|a+1|=12$에서 $a=3$ 또는 $a=-5$
$a>0$이므로 $a=3$
사고 흐름
① 두 함수의 점근선 네 개를 모두 구한다
② 둘러싸인 직사각형의 가로·세로를 문자로 쓴다
③ 절댓값이 생기면 두 경우를 확인한다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 3 유리함수의 그래프의 평행이동
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{3x+5}{x+1}$의 그래프는 $y=\dfrac{k}{x}$의 그래프를 $x$축의 방향으로 $p$만큼, $y$축의 방향으로 $q$만큼 평행이동한 것이다. $k+p+q$의 값을 구하시오.
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$\dfrac{3(x+1)+2}{x+1}=\dfrac{2}{x+1}+3$
$k=2$, $p=-1$, $q=3$
$\therefore$ $k+p+q=$ $4$
사고 흐름
① $\dfrac{k}{x-p}+q$ 꼴로 바꾼다
② $x+1=x-(-1)$이므로 $p=-1$
③ $k$가 같아야 평행이동으로 겹친다
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
함수 $y=\dfrac{ax+b}{x+c}$의 그래프를 $x$축의 방향으로 $-2$만큼, $y$축의 방향으로 $3$만큼 평행이동하면 $y=\dfrac{3x+2}{x-1}$의 그래프와 겹친다. 상수 $a$, $b$, $c$에 대하여 $a+b+c$의 값을 구하시오.
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$y=\dfrac{3x+2}{x-1}=\dfrac{5}{x-1}+3$
거꾸로 $x$축 방향 $2$, $y$축 방향 $-3$만큼 옮기면 원래 함수
$y=\dfrac{5}{(x-2)-1}+3-3=\dfrac{5}{x-3}$
$a=0$, $b=5$, $c=-3$ $\therefore$ $2$
사고 흐름
① 옮긴 뒤의 식을 표준형으로 바꾼다
② 원래 함수는 반대 방향으로 옮겨 구한다
③ $x$ 대신 $x-m$, $y$ 대신 $y-n$을 넣는다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 4 유리함수의 그래프의 대칭성
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{2x-1}{x+3}$의 그래프가 점 $(p, q)$에 대하여 대칭일 때, $p+q$의 값을 구하시오.
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$y=\dfrac{2(x+3)-7}{x+3}=-\dfrac{7}{x+3}+2$
두 점근선의 교점 $(-3, 2)$에 대하여 대칭
$\therefore$ $p+q=$ $-1$
사고 흐름
① 표준형으로 바꿔 점근선을 구한다
② 대칭의 중심은 두 점근선의 교점
③ 그 점을 지나는 기울기 $\pm1$인 직선에도 대칭
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
함수 $y=\dfrac{ax+b}{x+c}$의 그래프가 두 직선 $y=x-1$, $y=-x+3$에 대하여 대칭이고 점 $(3, 4)$를 지날 때, 상수 $a$, $b$, $c$에 대하여 $a+b+c$의 값을 구하시오.
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대칭인 두 직선의 교점 $(2, 1)$이 점근선의 교점
$y=\dfrac{k}{x-2}+1$에 $(3, 4)$ 대입: $k=3$
$y=\dfrac{3}{x-2}+1=\dfrac{x+1}{x-2}$
$a=1$, $b=1$, $c=-2$ $\therefore$ $0$
사고 흐름
① 기울기 $\pm1$인 두 대칭축의 교점을 구한다
② 그 점을 점근선의 교점으로 놓고 식을 세운다
③ 지나는 점을 대입해 $k$를 구한다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 5 유리함수의 그래프가 지나는 사분면
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{-2x+3}{x-1}$의 그래프가 지나지 않는 사분면을 구하시오.
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$y=\dfrac{1}{x-1}-2$: 점근선 $x=1$, $y=-2$
$y$절편 $-3$, $x$절편 $\dfrac{3}{2}$
그래프는 제1, 3, 4사분면을 지난다
$\therefore$ 제2사분면
$x$
$y$
$O$
$\dfrac{3}{2}$
$-2$
$-3$
사고 흐름
① 표준형으로 점근선과 $k$의 부호를 본다
② 축과 만나는 점을 구한다
③ 그래프를 그려 사분면을 확인한다
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
함수 $y=\dfrac{k}{x-2}+3$의 그래프가 제3사분면을 지나지 않도록 하는 양의 정수 $k$의 개수를 구하시오.
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$k>0$이면 $x<2$인 부분이 점근선 $y=3$ 아래로 내려간다
제3사분면을 지나지 않으려면 $y$절편 $\ge 0$
$-\dfrac{k}{2}+3\ge 0$에서 $k\le 6$
$\therefore$ 양의 정수 $k$: $6$개
사고 흐름
① $k$의 부호로 그래프가 놓이는 위치를 정한다
② 제3사분면 쪽으로 내려가는 부분을 찾는다
③ $y$절편의 부호로 경계를 정한다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 6 그래프로 유리함수의 식 구하기
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{ax+b}{x+c}$의 그래프가 그림과 같을 때, 상수 $a$, $b$, $c$에 대하여 $a+b+c$의 값을 구하시오. (단, 점선은 점근선이다.)
$x$
$y$
$O$
$-1$
$2$
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점근선 $x=-1$, $y=2$ → $y=\dfrac{k}{x+1}+2$
원점을 지나므로 $0=k+2$, $k=-2$ → $y=\dfrac{2x}{x+1}$
$a=2$, $b=0$, $c=1$ $\therefore$ $3$
사고 흐름
① 그래프에서 점근선 두 개를 읽는다
② 점근선으로 $k$만 모르는 식을 세운다
③ 지나는 점을 대입해 $k$를 구한다
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
유리함수 $y=f(x)$의 그래프의 점근선 중 하나가 직선 $x=1$이고, 두 점근선의 교점이 직선 $y=x+1$ 위에 있다. 그래프가 원점을 지날 때, $f(3)$의 값을 구하시오.
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점근선의 교점 $(1, q)$가 $y=x+1$ 위 → $q=2$
$f(x)=\dfrac{k}{x-1}+2$가 원점을 지나므로 $k=2$
$f(x)=\dfrac{2}{x-1}+2$
$\therefore$ $f(3)=$ $3$
사고 흐름
① 점근선의 교점을 $(p, q)$로 놓는다
② 주어진 직선 위의 점이라는 조건으로 $q$를 구한다
③ 지나는 점으로 $k$를 구한다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 7 유리함수의 최대·최소
문제 · 기본
$2\le x\le 5$에서 함수 $y=\dfrac{3x+1}{x-1}$의 최댓값을 $M$, 최솟값을 $m$이라 할 때, $M+m$의 값을 구하시오.
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$y=\dfrac{4}{x-1}+3$은 $x>1$에서 감소
최댓값 $f(2)=7$, 최솟값 $f(5)=4$
$\therefore$ $M+m=$ $11$
사고 흐름
① 표준형으로 바꿔 증가·감소를 본다
② 정의역이 점근선을 사이에 두지 않는지 확인한다
③ 양 끝값에서 최대·최소
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
$0\le x\le 2$에서 함수 $f(x)=\dfrac{k}{x+1}+1$ ($k\neq 0$)의 최댓값이 $3$일 때, 최솟값을 구하시오.
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$k>0$: 감소 → 최댓값 $f(0)=k+1=3$, $k=2$
$k<0$: 증가 → $f(2)=\dfrac{k}{3}+1=3$, $k=6$ (모순)
$k=2$이므로 최솟값 $f(2)=\dfrac{2}{3}+1$
$\therefore$ $\dfrac{5}{3}$
사고 흐름
① $k$의 부호로 증가·감소가 바뀐다
② 경우마다 최댓값이 나오는 끝을 정한다
③ 구한 $k$가 가정한 부호와 맞는지 확인한다
DOYEONMATH · 김도연T
유형 8 유리함수의 그래프의 성질
문제 · 기본
함수 $y=\dfrac{x+3}{x+1}$의 그래프에 대하여 보기에서 옳은 것만을 있는 대로 고르시오.
ㄱ. 치역은 $\{y\mid y\neq 1\}$이다.
ㄴ. 직선 $y=x+2$에 대하여 대칭이다.
ㄷ. 제4사분면을 지난다.
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$y=\dfrac{2}{x+1}+1$: 점근선 $x=-1$, $y=1$
ㄱ. 참, ㄴ. $(-1, 1)$을 지나고 기울기가 $1$ → 참
ㄷ. $x>-1$이면 $y>1$, $x<-1$이면 $x<0$ → 거짓
$\therefore$ ㄱ, ㄴ
사고 흐름
① 표준형으로 점근선과 $k$의 부호를 본다
② 대칭축은 점근선의 교점을 지나는 기울기 $\pm1$
③ 사분면은 그래프가 놓인 범위로 판단한다
DOYEONMATH · 김도연T
문제 · 심화
함수 $f(x)=\dfrac{2x-k}{x-3}$ ($k>6$)의 그래프에 대하여 보기에서 옳은 것만을 있는 대로 고르시오.
ㄱ. 두 직선 $x=3$, $y=2$와 만나지 않는다.
ㄴ. 직선 $y=-x+5$에 대하여 대칭이다.
ㄷ. 제3사분면을 지난다.
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$f(x)=\dfrac{6-k}{x-3}+2$, $6-k<0$이므로 점근선의 왼쪽 위·오른쪽 아래
ㄱ. 점근선과 만나지 않는다 → 참, ㄴ. $(3, 2)$, 기울기 $-1$ → 참
ㄷ. $x<3$이면 $y>2$, $x>3$이면 $x>0$ → 거짓
$\therefore$ ㄱ, ㄴ
사고 흐름
① 분자의 상수항까지 정리해 $k$의 부호를 정한다
② 부호에 따라 그래프가 놓이는 두 칸을 정한다
③ 보기마다 점근선·대칭축·사분면으로 확인한다
DOYEONMATH · 김도연T