三角函数
(1)幂函数;
幂函数的一般形式为x y a
=。
如果a 取非零的有理数是比较容易理解的,不过初学者对于a 取非零的无理数,则不太容易理解,在我们的课程里,不要求掌握如何理解指数为无理数的问题,因为这涉及到实数连续统的极为深刻的知识。因此我们只要接受它作为一个已知事实即可。
对于a 的取值为非零有理数,有必要分成几种情况来讨论各自的特性:
首先我们知道如果p q a =,q 和p 都是整数,则p q p
q a x x x
==,而如果p q a -=,则p q a x x 1=,因此可以看到x 所受到的限制来源于两点,一是有可能作为分母而不能是0,一是有可能在偶数次的根号下而
不能为负数,那么我们就可以知道:
排除了为0与负数两种可能,即对于x>0,则a 可以是任意实数; 排除了为0这种可能,即对于x<0和x>0的所有实数,p 不能是偶数;
排除了为负数这种可能,即对于x 为大于且等于0的所有实数,a 就不能是负数。 总结起来,就可以得到当a 为不同的数值时,幂函数的定义域的不同情况如下: 如果a 为任意实数,则函数的定义域为大于0的所有实数;
如果a 为负数,则x 肯定不能为0,不过这时函数的定义域还必须根据p 的奇偶性来确定,即如果同时p 为偶数,则x 不能小于0,这时函数的定义域为大于0的所有实数;如果同时p 为奇数,则函数的定义域为不等于0 的所有实数。
在x 大于0时,函数的值域总是大于0的实数。
在x 小于0时,则只有同时p 为奇数,函数的值域为非零的实数。 而只有a 为正数,0才进入函数的值域。反三角函数的所有公式
由于x 大于0是对a 的任意取值都有意义的,因此下面给出幂函数在第一象限的各自情况. 可以看到:
(1)所有的图形都通过(1,1)这点。
(2)当a 大于0时,幂函数为单调递增的,而a 小于0时,幂函数为单调递减函数。 (3)当a 大于1时,幂函数图形下凹;当a 小于1大于0时,幂函数图形上凸。 (4)当a 小于0时,a 越小,图形倾斜程度越大。
(5)a 大于0,函数过(0,0);a 小于0,函数不过(0,0)点。 (6)显然幂函数无界。
(2)指数函数;
指数函数的一般形式为a y x
=,从上面我们对于幂函数的讨论就可以知道,要想使得x 能够取整个实数
集合为定义域,则只有使得.0>a
如图所示为a 的不同大小影响函数图形的情况。
可以看到:
(1) 指数函数的定义域为所有实数的集合,这里的前提是a 大于0,对于a 不大于0的情况,则必然
使得函数的定义域不存在连续的区间,因此我们不予考虑。
(2) 指数函数的值域为大于0的实数集合。
(3)函数图形都是下凹的。
(4)a大于1,则指数函数单调递增;a小于1大于0,则为单调递减的。
(5)可以看到一个显然的规律,就是当a从0趋向于无穷大的过程中(当然不能等于0),函数的曲线从分别接近于Y轴与X轴的正半轴的单调递减函数的位置,趋向分别接近于Y轴的正半轴与X 轴的负半轴的单调递增函数的位置。其中水平直线y=1是从递减到递增的一个过渡位置。(6)函数总是在某一个方向上无限趋向于X轴。
(7)函数总是通过(0,1)这点。
(8)显然指数函数无界。
(3)对数函数;
对数函数的一般形式为
x
y
a
log
=,它实际上就是指数函数a
y x
=的反函数。因此指数函数里对于a
的规定,同样适用于对数函数。
下图给出对于不同大小a所表示的函数图形:
可以看到对数函数的图形只不过的指数函数的图形的关于直线y=x的对称图形,因为它们互为反函数。
(1)对数函数的定义域为大于0的实数集合。
(2)对数函数的值域为全部实数集合。
(3)函数总是通过(1,0)这点。
(4)a大于1时,为单调递增函数,并且上凸;a小于1大于0时,函数为单调递减函数,并且下凹。
(5)显然对数函数无界。
(4)三角函数;
三角函数分成6种形式,都是典型的周期函数:
正弦函数:y=sinx;
余弦函数:y=cosx;
正切函数:y=tgx;
余切函数:y=ctgx;
正割函数:y=secx;
余割函数:y=cscx.
下面分别结合函数的图形来讨论它们的性质。
正弦函数:y=sinx 与余弦函数:y=cosx : 下面是正弦函数和余弦函数的图形:
可以看到:
(1) 这两种函数的周期都是π2。
(2) 余弦函数y=cosx 沿着X 轴的正方向平移2π
,就与正弦函数y=sinx 完全重合。
(3) 它们的定义域都是实数。
(4) 它们的值域都是大于等于-1,小于等于1。 (5) 它们都是有界的。 (6) 正弦函数为奇函数。 (7) 余弦函数为偶函数。
正切函数:y=tgx ,余切函数:y=ctgx :
下图中,粗线是正切函数的图形,细线是余切函数的图形,从图形可以看到: (1) 它们都是周期函数,周期都是π。
(2) 正切函数的定义域是实数轴上,除了,...2,1,0,2±±=+k k ππ
这些点以外的所有点的集合。
(3) 余切函数的定义域是实数轴上,除了,...2,1,0,±±=k k π这些点以外的所有点的集合。
(4) 它们的值域都是实数集合。
(5) 在两个间断点之间,正切函数是单调递增函数,而余弦函数是单调递减函数。
(6) 正切函数无限趋向于直线x=,...
2,1,0,2
±±=+k k ππ
。
(7) 余切函数无限趋向于直线x=,...2,1,0,±±=k k π。 (8) 它们都是无界函数。
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