首先讲述下函数的几种性质,设函数为 f(x)
,定义域为 D
。
若存在 k1
,在定义域内的所有 x
满足, f(x) <= k1
,则 k1
为函数的上界。
若存在 k2
,在定义域内的所有 x
满足, f(x) >= k2
,则 k2
为函数的下界。
如果函数上任意两点 x1
和 x2
,当 x1 < x2
时,恒有 f(x1) < f(x2)
,称函数是单调增加的,若恒有 f(x1) > f(x2)
,称函数是单调减小的。
当函数的定义域关于原点对称,并且 f(-x) = f(x)
,那么 f(x)
为偶函数。
当函数的定义域关于原点对称,并且 f(-x) = -f(x)
,那么 f(x)
为奇函数。
当函数的定义域不关于原点堆成,那么 f(x)
非奇非偶。
如果存在一个正数 l
,使得对任意定义域内的 x
和 x + l
,满足 f(x + l) = f(x)
,那么称 f(x)
为周期函数。通常我们说周期函数的周期是指最小正周期。
分析函数图像,我是通过函数的导数分析的。三次函数求导后变成了二次,二次变成了一次,关于如何求导,可以自行百度。这里,我只说明导数是如何影响函数图像的。
当某一点的导数大于0,此时该点处的切线方向是递增方向的,即由第三象限指向第一象限。当导数等于0,切线方向为水平方向。当导数小于0,切线方向是递减方向。因此可以从某一点的导数判断此时函数图像是递增还是递减的。
接下来,我们借助函数的导数从函数的有界性、单调性、奇偶性和周期性分析一些常见的函数。
一次函数指的是形为 f(x) = ax + b
(a 不等于 0)的函数,例如 f(x) = x + 1
,它的函数图像如下。
因为 a != 0
,所以函数无界。
当 a > 0
时,函数单调递增的,当 a < 0
时,函数单调递减。
当 b = 0
时,此时函数图像经过原点,此时为奇函数。
当 b != 0
时,此时函数非奇非偶。
一次函数无周期性。
二次函数是描述抛物线的数学表达式,指的是形为 f(x) = ax² + bx + c
(a 不等于 0)的函数,例如 f(x) = x² + 3
。
二次函数有界,当 a > 0
时,有下界,反之有上界。
当 a > 0
时,二次函数开口向上,所以最小值为谷底,当 x = -b / (2a)
时,函数取得最小值 c
。
当 a < 0
时,二次函数开口向下,所以最小值为峰顶,当 x = -b / (2a)
时,函数取得最大值 c
。
计算函数最大值和最小值可以通过函数求导得到。
当 a > 0
时,二次函数开口向上,当 x < -b / (2a)
时,函数递减,当 x > -b / (2a)
,函数递增。
当 a < 0
时,二次函数开口向下,当 x < -b / (2a)
时,函数递增,当 x > -b / (2a)
,函数递减。
二次函数总是关于 x = -b / (2a)
对称,所以当 b != 0
时,函数非奇非偶。
当 b = 0
时 满足 f(x) = f(-x)
,所以函数为偶函数。
二次函数无周期性。
指的是形为 f(x) = ax³ + bx² + cx + d
(a 不等于 0)的函数,例如 f(x) = x³
,它的图像如下。
三次函数的导数为二次函数 f(x)'
,因为二次函数当 y 等于 0 时,可能的解的情况有 0、1 或者 2 个,所以三次函数的图像比较复杂。可能的情况有:
f(x)' <= 0
恒成立 #无界。
函数递减。
可能为奇函数,也可能非奇非偶,例如 f(x) = -x³
为奇函数,f(x) = -x³ + 3
非奇非偶。
无。
f(x)' >= 0
恒成立 #无界。
函数递增。
可能为奇函数,也可能非奇非偶,例如 f(x) = x³
为奇函数,f(x) = x³ + 3
非奇非偶。
无。
f(x)' = 0
有两个解 #此时根据 f(x)'
函数的开口方向,f(x)
的递增递减顺序不同。当 f(x)'
函数开口向上时,导数先大于0,然后小于0,最后大于0,所以 f(x)
函数图像的变化是递增 -> 递减 -> 递增,你因该能想象它的形状类似于字母 N 。反之当 f(x)'
函数开口向下时,f(x)
函数图像的变化是递减 -> 递增 -> 递减,是一个反过来的 N 。
无界。
根据导数函数 f(x)'
函数的开口方向不同而不同。当开口向上时,单调性 递增 -> 递减 -> 递增,当开口向下时递减 -> 递增 -> 递减。
可能为奇函数,也可能非奇非偶。
无。
对数函数是形为 f(x) = loga(x)
的函数,其中 a
为底数,必须满足 a > 0
并且 a != 1
,定义域必须满足 x > 0
。下面分别是底数大于1和小于1的对数函数图像。
无界。
当底数 a > 1
时,递增,a < 1
时,递减。
非奇非偶。
无。
形为 f(x) = aˣ
的函数,称之为指数函数,其中 a
不等于1且大于0(等于1时,函数图像为 y = 1
的直线)。下图分别是当 a > 1
和 a < 1
时,指数函数的图像。
有下界,无上界。
当a > 1
时,递增,a < 1
时,递减。
非奇非偶。
无。
正弦函数f(x) = sin(x)
。
有上下界,上界为1,下界为-1。
在 x
属于 [2kπ - π / 2, 2kπ + π / 2]
时递增,x
属于[2kπ + π / 2, 2kπ + 3π / 2]
时递减,其中 k∈Z
。
奇函数。
有周期性,周期为 2π
。
余弦函数f(x) = cos(x)
。
有上下界,上界为1,下界为-1。
在 x
属于 [2kπ - π, 2kπ]
时递增,x
属于[2kπ, (2k + 1)π]
时递减,其中 k∈Z
。
偶函数。
有周期性,周期为 2π
。
正切函数为f(x) = tan(x)
。
无界。
正切函数并非完全递增的,由图可知,它的单调递增区间为 (-π/2+kπ,+π/2+kπ), k∈Z
。
奇函数。
有周期性,周期为 π
。
(完)