符号函数(一般用sgn(x)表示)是很有用的一类函数,能够帮助我们在几何画板中实现一些直接实现有困难的构造。
符号函数的定义如下:
⎪⎩⎪
⎨⎧<-=>=0,10
,00
,1)sgn(x x x x
能够把函数的符号析离出来,应用他来定义我们熟悉的绝对值函数就可以改写成
x x x ∙=)sgn(||
在几何画板中(或者一般的程序设计软件中)有绝对值的运算,所以不必如此,但是,比较大小在
几何画板中没有,在一般的程序中都可以很轻松的处理,这里恐怕就得借助于符号函数了。
给定两个数值A 和B,sgn(A-B)就代表了两者的大小。但是我们需要的是返回一个那个大(或小)的值,就得费些周折了。先给出另一个函数h(x)=sgn(1+sgn(x)),不难看出如下结论:
⎩⎨
⎧≥<=0,10
,0)(x x x h
B A B h A A B h ∙--+∙-))(1()(就可以表示两者之间的较小的。
B B A h A B A h ∙--+∙-))(1()(就可以表示两者之间的较大的。
这个符号函数的应用是很巧妙的,还有更巧之处,若把A,B 看成是两个变量,那么我们用符号函
数表出了},max{
y x ,},min{y x ,这是一个二元函数,在中学的范围内没有太多的研究的必要,但若把x,y 分别看成一个关于第三个变量的函数,就是x(t)以及y(t),问题就会转化回来,就变成了函数
{})(),(max t y t x ,这个函数还是比较让我们感兴趣的,就是函数:
⎩⎨
⎧≤>=)()(),()
()(),()max(t y t x t y t y t x t x t
=)
()))()((1()())()((t y t y t x h t x t y t x h ∙--+∙-
于是,按照几何画板中的方式进行定义函数,并且画出函数图象。下图以sinx 和cosx 为例画出了
这里符号函数的应用显得很恰当,让我们再回顾一下,先是把sgn(x)加工成h(x),h(x)起到的作用是平衡两者之间那一个为0的,那么我们不妨尝试一下用另一种方法来定义h(x)。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧<=>=+=0,00
,2
10
,121)sgn()(x x x x x h
几乎就可以象前面一样应用了,但是存在一个x=0的问题,可以把x=0点带入。
B A B A B h A h B A B h A A B h ==∙-+∙=
∙-+∙=∙--+∙-)21
1(21))0(1()0())(1()(
对于A=B 这个数值就象是加权平均一样,只要是10≤≤α,那么B A B A ==-+)1(αα。
于是,我们得到了新的形式的max{x(t),y(t)}
max{x(t),y(t)}=)()))()((1()())()((t y t y t x h t x t y t x h ∙--+∙-
从表面上没有差别,但“内核”的构造已经有了变化。更有趣的是,如果你把这个新的式子还原成sgn(x)表述,那么,认识就会更深入一步。
[])]()([21
|)()(|21)()())()())(()(sgn(21
)
()2
1))()(sgn(1()(21))()(sgn()
()))()((1()())()((t y t x t y t x t y t x t y t x t y t x t y t y t x t x t y t x t y t y t x h t x t y t x h ++-=++--=∙+--+∙+-=∙--+∙-
这个公式的可接受程度比前两者都好,应该很熟悉,无论怎么讲,比较两个量的大小已经很丰富了。
我们还可以就势讨论下去,一方面,可以把问题的从两个量到多个量,另一方面,可以考虑这个符号函
几何画板trunc函数数在指导其他函数的性质上的应用。
如何实现从两个量到多个量的拓展呢?当然可以使用复合。
用h(x)进行复合,在数学式子上太麻烦,但我们可以使用几何画板4中的定制工具,一旦以两个函数为基础定制了工具max{x(t),y(t)},就可以再次的使用进行定义,得到三个,四个以致多个的函数最值工具。
面产生的r(x),画出图象,之后就可以在这个基础上创建max{f(x),g(x),h(x)}工具。
我们再谈论一下其他方面的拓展,其实,我们可以看得出,在整个的图象的绘制中,f(x)-g(x)的作用,他是描述出了定义域的类别,在不同的定义域上,我们选择不同的解析式来作图,而使其他的解析式无
效,这种方式很容易让人联想到分段函数,不过分段函数的定义域的决定是取决于一个外部的因素,是人为的划分的区域,那么,我们就可以引如一个外部的量(比如x 轴上的一个点来划分)
来划分定义域,在划分好的区域上面选择解析式作图。比如,以平面上的任意一点D 的横坐标划分两个区域,在其左面画出y=sinx,右面画出y=x,并且定制了工具,如下图:
译者注:在作图的过程中,最好在preferrence中调整角度的弧度制。
用符号函数来写分段函数
h x () = g x ()⋅q x ()+f x ()⋅1-q x ()()
x ≥x D ,q(x)=1,x<0,q(x)=0q x () = sgn 1+sgn x-x D ()()x D  = 2.28
g x () = x
f x () = sin x ()分段函数
这个工具可以在当前的坐标系统下,给定两个函数f和g以及一个
分点"D"在平面上,画出分段函数          h(x)=f(x)(在D点的左边)                =g(x)(在D点的右边)的图象。
这里是工作原理这是我们分点
D
三个函数的复合,如同前面,这里不再赘述。
符号函数从本身的分段特性出发,很好处理了函数的区域的划分,解决了函数的特殊复合,更多的应用还要逐渐实践中发现。

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