AYT Matematik · Limit ve Süreklilik

Sonsuzda Limit ve Asimptotlar

~10 dk okumaZorluk: Zor19 çözümlü soru

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 küçükse 0, 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:

Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{2x+1}{x^{2}+3} limitini hesaplayınız.

  1. Pay derecesi n=1, payda derecesi m=2. Belirsizlik \frac{\infty}{\infty}.
  2. Pay derecesi paydadan küçük (n < m).
  3. Derece kuralına göre limit 0'dır.
Sonuç: \lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{2x+1}{x^{2}+3}=0.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{x^{3}-1}{x+2} limitini hesaplayınız.

Pay ve payda derecelerini karşılaştır; pay derecesi büyükse limit sonlu olamaz.

  1. Pay derecesi n=3, payda derecesi m=1. Belirsizlik \frac{\infty}{\infty}.
  2. Pay derecesi paydadan büyük (n > m), yani baş terim \dfrac{x^{3}}{x}=x^{2} gibi davranır.
  3. x\to\infty iken x^{2}\to\infty olduğundan limit +\infty'dur.
Sonuç: \lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{x^{3}-1}{x+2}=\infty.
Örnek
Soru

f(x)=\dfrac{2x+1}{x-3} fonksiyonunun düşey ve yatay asimptotlarını bulunuz.

x = ay = Lxy
Şekil — 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.
  1. Düşey asimptot: Paydayı sıfır yap: x-3=0\Rightarrow x=3. Bu değer payı sıfır yapmaz (2\cdot 3+1=7\neq 0), o hâlde x=3 düşey asimptottur.
  2. Yatay asimptot: Pay ve payda dereceleri eşit (n=m=1).
  3. Baş katsayıların oranı: pay baş katsayı 2, payda baş katsayı 1, oran \dfrac{2}{1}=2.
  4. O hâlde y=2 yatay asimptottur.
Sonuç: Düşey asimptot x=3, yatay asimptot y=2.
Örnek
Soru

\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.

  1. Sağdan (x\to 2^{+}): x, 2'den büyük olduğundan x-2 küçük pozitif sayıdır. Pay 1 pozitif olduğundan oran +\infty'a gider.
  2. Soldan (x\to 2^{-}): x, 2'den küçük olduğundan x-2 küçük negatif sayıdır. Pozitif pay bölü negatif küçük sayı -\infty'a gider.
  3. Sol ve sağ limitler farklı işaretlidir; x=2 düşey asimptottur.
Sonuç: \lim\limits_{x\to 2^{+}}\dfrac{1}{x-2}=+\infty,\quad \lim\limits_{x\to 2^{-}}\dfrac{1}{x-2}=-\infty.
Örnek
Soru

\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.

  1. Kök içini düzenle: \sqrt{x^{2}+1}=\sqrt{x^{2}\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}=|x|\sqrt{1+\dfrac{1}{x^{2}}}.
  2. x\to\infty için x > 0, dolayısıyla |x|=x alınır.
  3. İfadeyi yaz: \dfrac{\sqrt{x^{2}+1}}{x}=\dfrac{x\sqrt{1+\frac{1}{x^{2}}}}{x}=\sqrt{1+\dfrac{1}{x^{2}}}.
  4. x\to\infty iken \dfrac{1}{x^{2}}\to 0, böylece ifade \sqrt{1+0}=1'e gider.
Sonuç: \lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{\sqrt{x^{2}+1}}{x}=1.
Örnek
Soru

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.

  1. x=2 hem paydayı (2-2=0) hem payı (2^{2}-4=0) sıfır yapar; doğrudan asimptot diyemeyiz.
  2. Payı çarpanlara ayır: x^{2}-4=(x-2)(x+2).
  3. Sadeleştir: g(x)=\dfrac{(x-2)(x+2)}{x-2}=x+2 (burada x\neq 2).
  4. Sadeleşmiş ifadenin paydası kalmadığından x=2 düşey asimptot değildir; orada yalnızca tanımsız (delik) bir nokta vardır ve \lim\limits_{x\to 2}g(x)=4.
Sonuç: x=2 düşey asimptot değildir; fonksiyonun limiti 4'tür.

Çözümlü Sorular

Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{5x^{2}-3x+7}{2x^{2}+x-1} limitini hesaplayınız.

  1. Pay ve payda dereceleri eşittir (n=m=2); belirsizlik \frac{\infty}{\infty}.

  2. Derece kuralına göre limit baş katsayıların oranıdır: \dfrac{5}{2}.

Sonuç: \lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{5x^{2}-3x+7}{2x^{2}+x-1}=\dfrac{5}{2}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{4x^{3}+2x}{1-x^{3}} limitini hesaplayınız.

  1. Pay ve payda dereceleri eşittir (n=m=3); belirsizlik \frac{\infty}{\infty}.

  2. Pay baş katsayısı 4, payda baş katsayısı -1.

  3. Limit baş katsayıların oranıdır: \dfrac{4}{-1}=-4.

Sonuç: \lim\limits_{x\to-\infty}\dfrac{4x^{3}+2x}{1-x^{3}}=-4.
Örnek
Soru

f(x)=\dfrac{x^{2}+3}{x^{2}-x-6} fonksiyonunun düşey asimptotlarını bulunuz.

  1. Paydayı çarpanlara ayır: x^{2}-x-6=(x-3)(x+2).

  2. Paydayı sıfır yapan değerler x=3 ve x=-2'dir.

  3. Bu değerler payı (x^{2}+3) sıfır yapmaz: 3^{2}+3=12\neq 0 ve (-2)^{2}+3=7\neq 0.

  4. Sadeleşme olmadığından her iki değer de düşey asimptottur.

Sonuç: Düşey asimptotlar x=3 ve x=-2.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^{2}+x}-x\right) limitini hesaplayınız.

  1. \infty-\infty belirsizliği var; eşleniği ile çarpıp böl: \sqrt{x^{2}+x}+x.

  2. \sqrt{x^{2}+x}-x=\dfrac{(x^{2}+x)-x^{2}}{\sqrt{x^{2}+x}+x}=\dfrac{x}{\sqrt{x^{2}+x}+x}.

  3. Pay ve paydayı x'e böl; payda \sqrt{1+\frac{1}{x}}+1 olur.

  4. x\to\infty iken \dfrac{1}{x}\to 0, payda \sqrt{1}+1=2'ye gider, ifade \dfrac{1}{2} olur.

Sonuç: \lim\limits_{x\to\infty}\left(\sqrt{x^{2}+x}-x\right)=\dfrac{1}{2}.
Örnek
Soru

\lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{3^{x}+2^{x}}{3^{x}-1} limitini hesaplayınız.

  1. Pay ve paydayı 3^{x} ile sadeleştirmek için her terimi 3^{x}'e böl.

  2. Pay: 1+\left(\dfrac{2}{3}\right)^{x}, payda: 1-\dfrac{1}{3^{x}}.

  3. x\to\infty iken \left(\dfrac{2}{3}\right)^{x}\to 0 ve \dfrac{1}{3^{x}}\to 0.

  4. İfade \dfrac{1+0}{1-0}=1'e gider.

Sonuç: \lim\limits_{x\to\infty}\dfrac{3^{x}+2^{x}}{3^{x}-1}=1.
Örnek
Soru

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.

  1. x\to 1 iken pay 2\cdot 1+5=7 pozitif sabite yaklaşır; sonucun işaretini payda belirler.

  2. Sağdan (x\to 1^{+}): x-1 küçük pozitif sayıdır, pozitif pay bölü pozitif küçük sayı +\infty'a gider.

  3. Soldan (x\to 1^{-}): x-1 küçük negatif sayıdır, pozitif pay bölü negatif küçük sayı -\infty'a gider.

Sonuç: \lim\limits_{x\to 1^{+}}f(x)=+\infty,\quad \lim\limits_{x\to 1^{-}}f(x)=-\infty.
Örnek
Soru

f(x)=\dfrac{(x-1)(x+4)}{x^{2}-1} fonksiyonunun düşey ve yatay asimptotlarını bulunuz.

  1. Paydayı çarpanlara ayır: x^{2}-1=(x-1)(x+1).

  2. Pay ve paydadaki ortak (x-1) çarpanını sadeleştir: f(x)=\dfrac{x+4}{x+1} (burada x\neq 1).

  3. Düşey asimptot: Sadeleşmiş paydayı sıfır yapan x=-1; payı sıfır yapmaz (-1+4=3\neq 0), düşey asimptottur. x=1 ise sadeleştiği için asimptot değil, deliktir.

  4. Yatay asimptot: Sadeleşmiş ifadede dereceler eşit (n=m=1), baş katsayı oranı \dfrac{1}{1}=1, yani y=1.

Sonuç: Düşey asimptot 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.

Örnek
Soru

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

  1. Pay ve payda dereceleri eşit (n=m=2) olduğundan yatay asimptot baş katsayıların oranıdır.

  2. Baş katsayıların oranı: \dfrac{a-2}{1}=a-2.

  3. Yatay asimptot y=4 olduğundan a-2=4\Rightarrow a=6.

  4. İstenen: 2a-3=2\cdot 6-3=9.

Sonuç: C) 9
Örnek
Soru

f(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

  1. Paydayı çarpanlara ayır: x^{2}-x-6=(x-3)(x+2).

  2. Pay ve paydadaki ortak (x-3) çarpanını sadeleştir: f(x)=\dfrac{1}{x+2} (burada x\neq 3). Dolayısıyla x=3 asimptot değil, deliktir.

  3. Düşey asimptot: Sadeleşmiş paydayı sıfır yapan x=-2 tek düşey asimptottur; apsisi -2.

  4. Yatay asimptot: Başlangıçta pay derecesi n=1, payda derecesi m=2, yani n<m olduğundan yatay asimptot y=0; ordinatı 0.

  5. İstenen toplam: -2+0=-2.

Sonuç: A) -2
Örnek
Soru

L=\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

  1. L için \infty-\infty belirsizliği var; eşleniği \sqrt{4x^{2}+3x}+2x ile çarpıp böl.

  2. 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}.

  3. 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}.

  4. M için dereceler eşit (n=m=2); baş katsayıların oranı M=\dfrac{6}{2}=3.

  5. İstenen: \dfrac{M}{L}=\dfrac{3}{\frac{3}{4}}=3\cdot\dfrac{4}{3}=4.

Sonuç: D) 4
Örnek
Soru

f(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

  1. Payda x^{2}-9=(x-3)(x+3); düşey asimptot adayları x=3 ve x=-3.

  2. x=3'te delik olması için pay da x=3'te sıfırlanmalı: 9+3a-6=0\Rightarrow 3a+3=0\Rightarrow a=-1.

  3. a=-1 için pay x^{2}-x-6=(x-3)(x+2). Sadeleştir: f(x)=\dfrac{(x-3)(x+2)}{(x-3)(x+3)}=\dfrac{x+2}{x+3} (burada x\ne 3).

  4. Düşey asimptot: Sadeleşmiş paydayı sıfır yapan x=-3 (payı sıfır yapmaz); apsisi -3.

  5. Yatay asimptot: Başlangıçta dereceler eşit (2=2), baş katsayı oranı \dfrac{1}{1}=1, yani y=1; ordinatı 1.

  6. İstenen toplam: -3+1=-2.

Sonuç: B) -2
Örnek
Soru

L=\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.

  1. Kök içini düzenle: \sqrt{9x^{2}+1}=\sqrt{x^{2}\left(9+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}=|x|\sqrt{9+\dfrac{1}{x^{2}}}.

  2. x\to-\infty için x<0, dolayısıyla |x|=-x.

  3. İfade: \dfrac{-x\sqrt{9+\frac{1}{x^{2}}}}{2x-1}. Pay ve paydayı x'e böl: \dfrac{-\sqrt{9+\frac{1}{x^{2}}}}{2-\frac{1}{x}}.

  4. x\to-\infty iken \dfrac{1}{x^{2}}\to 0 ve \dfrac{1}{x}\to 0: L=\dfrac{-\sqrt{9}}{2}=\dfrac{-3}{2}=-\dfrac{3}{2}.

Sonuç: B) -\dfrac{3}{2}
Örnek
Soru

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.

  1. A: pay ve paydayı 4^{x}'e böl. Pay 1+3\cdot\big(\frac{3}{4}\big)^{x}, payda 2-\dfrac{1}{4^{x}}.

  2. x\to\infty iken \big(\frac{3}{4}\big)^{x}\to 0 ve \dfrac{1}{4^{x}}\to 0: A=\dfrac{1+0}{2-0}=\dfrac{1}{2}.

  3. B: x\to-\infty iken 2^{x}\to 0. Doğrudan yerine yaz: B=\dfrac{0+5}{0-3}=-\dfrac{5}{3}.

  4. İstenen: A+B=\dfrac{1}{2}-\dfrac{5}{3}=\dfrac{3-10}{6}=-\dfrac{7}{6}.

  5. Dikkat: A'da yön x\to+\infty olduğundan \big(\frac{3}{4}\big)^{x}\to 0 oldu; yön -\infty olsaydı bu terim \infty'a giderdi. Üstel limitlerde yönü daima kontrol et.

Sonuç: A) -\dfrac{7}{6}

Sık Yapılan Hatalar

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.