На области определения степенной функции y = x p
имеют место следующие формулы:
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Свойства степенных функций и их графики
Степенная функция с показателем равным нулю, p = 0
Если показатель степенной функции y = x p
равен нулю, p = 0
,
то степенная функция определена для всех x ≠ 0
и является постоянной, равной единице:
y = x p = x 0 = 1, x ≠ 0
.
Степенная функция с натуральным нечетным показателем, p = n = 1, 3, 5, ...
Рассмотрим степенную функцию y = x p = x n с натуральным нечетным показателем степени n = 1, 3, 5, ... . Такой показатель также можно записать в виде: n = 2k + 1 , где k = 0, 1, 2, 3, ... - целое не отрицательное. Ниже представлены свойства и графики таких функций.
График степенной функции y = x n с натуральным нечетным показателем при различных значениях показателя степени n = 1, 3, 5, ... .
Область определения:
-∞ < x < ∞
Множество значений:
-∞ < y < ∞
Четность:
нечетная, y(-x) = - y(x)
Монотонность:
монотонно возрастает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
при -∞ < x < 0
выпукла вверх
при 0 < x < ∞
выпукла вниз
Точки перегибов:
x = 0, y = 0
x = 0, y = 0
Пределы:
;
Частные значения:
при x = -1,
y(-1) =
(-1) n ≡ (-1) 2k+1 = -1
при x = 0, y(0) = 0 n = 0
при x = 1, y(1) = 1 n = 1
Обратная функция:
при n = 1
,
функция является обратной к самой себе: x = y
при n ≠ 1
,
обратной функцией является корень степени n
:
Степенная функция с натуральным четным показателем, p = n = 2, 4, 6, ...
Рассмотрим степенную функцию y = x p = x n с натуральным четным показателем степени n = 2, 4, 6, ... . Такой показатель также можно записать в виде: n = 2k , где k = 1, 2, 3, ... - натуральное. Свойства и графики таких функций даны ниже.
График степенной функции y = x n с натуральным четным показателем при различных значениях показателя степени n = 2, 4, 6, ... .
Область определения:
-∞ < x < ∞
Множество значений:
0 ≤ y < ∞
Четность:
четная, y(-x) = y(x)
Монотонность:
при x ≤ 0
монотонно убывает
при x ≥ 0
монотонно возрастает
Экстремумы:
минимум, x = 0, y = 0
Выпуклость:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Пределы:
;
Частные значения:
при x = -1
,
y(-1) = (-1) n ≡ (-1) 2k = 1
при x = 0, y(0) = 0 n = 0
при x = 1, y(1) = 1 n = 1
Обратная функция:
при n = 2
,
квадратный корень:
при n ≠ 2
,
корень степени n
:
Степенная функция с целым отрицательным показателем, p = n = -1, -2, -3, ...
Рассмотрим степенную функцию y = x p = x n
с целым отрицательным показателем степени n = -1, -2, -3, ...
.
Если положить n = -k
,
где k = 1, 2, 3, ...
- натуральное, то ее можно представить в виде:
График степенной функции y = x n с целым отрицательным показателем при различных значениях показателя степени n = -1, -2, -3, ... .
Нечетный показатель, n = -1, -3, -5, ...
Ниже представлены свойства функции y = x n с нечетным отрицательным показателем n = -1, -3, -5, ... .
Область определения:
x ≠ 0
Множество значений:
y ≠ 0
Четность:
нечетная, y(-x) = - y(x)
Монотонность:
монотонно убывает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
при x < 0
:
выпукла вверх
при x > 0
:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
нет
Знак:
при x < 0, y < 0
при x > 0, y > 0
Пределы:
; ; ;
Частные значения:
при x = 1, y(1) = 1 n = 1
Обратная функция:
при n = -1
,
при n < -2
,
Четный показатель, n = -2, -4, -6, ...
Ниже представлены свойства функции y = x n с четным отрицательным показателем n = -2, -4, -6, ... .
Область определения:
x ≠ 0
Множество значений:
y > 0
Четность:
четная, y(-x) = y(x)
Монотонность:
при x < 0
:
монотонно возрастает
при x > 0
:
монотонно убывает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
нет
Знак:
y > 0
Пределы:
; ; ;
Частные значения:
при x = 1, y(1) = 1 n = 1
Обратная функция:
при n = -2
,
при n < -2
,
Степенная функция с рациональным (дробным) показателем
Рассмотрим степенную функцию y = x p с рациональным (дробным) показателем степени , где n - целое, m > 1 - натуральное. Причем, n, m не имеют общих делителей.
Знаменатель дробного показателя - нечетный
Пусть знаменатель дробного показателя степени нечетный: m = 3, 5, 7, ... . В этом случае, степенная функция x p определена как для положительных, так и для отрицательных значений аргумента x . Рассмотрим свойства таких степенных функций, когда показатель p находится в определенных пределах.
Показатель p отрицательный, p < 0
Пусть рациональный показатель степени (с нечетным знаменателем m = 3, 5, 7, ... ) меньше нуля: .
Графики степенных функций с рациональным отрицательным показателем при различных значениях показателя степени , где m = 3, 5, 7, ... - нечетное.
Нечетный числитель, n = -1, -3, -5, ...
Приводим свойства степенной функции y = x p с рациональным отрицательным показателем , где n = -1, -3, -5, ... - нечетное отрицательное целое, m = 3, 5, 7 ... - нечетное натуральное.
Область определения:
x ≠ 0
Множество значений:
y ≠ 0
Четность:
нечетная, y(-x) = - y(x)
Монотонность:
монотонно убывает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
при x < 0
:
выпукла вверх
при x > 0
:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
нет
Знак:
при x < 0, y < 0
при x > 0, y > 0
Пределы:
; ; ;
Частные значения:
при x = -1, y(-1) = (-1) n = -1
при x = 1, y(1) = 1 n = 1
Обратная функция:
Четный числитель, n = -2, -4, -6, ...
Свойства степенной функции y = x p с рациональным отрицательным показателем , где n = -2, -4, -6, ... - четное отрицательное целое, m = 3, 5, 7 ... - нечетное натуральное.
Область определения:
x ≠ 0
Множество значений:
y > 0
Четность:
четная, y(-x) = y(x)
Монотонность:
при x < 0
:
монотонно возрастает
при x > 0
:
монотонно убывает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
нет
Знак:
y > 0
Пределы:
; ; ;
Частные значения:
при x = -1, y(-1) = (-1) n = 1
при x = 1, y(1) = 1 n = 1
Обратная функция:
Показатель p положительный, меньше единицы, 0 < p < 1
График степенной функции с рациональным показателем (0 < p < 1 ) при различных значениях показателя степени , где m = 3, 5, 7, ... - нечетное.
Нечетный числитель, n = 1, 3, 5, ...
< p < 1 , где n = 1, 3, 5, ... - нечетное натуральное, m = 3, 5, 7 ... - нечетное натуральное.
Область определения:
-∞ < x < +∞
Множество значений:
-∞ < y < +∞
Четность:
нечетная, y(-x) = - y(x)
Монотонность:
монотонно возрастает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
при x < 0
:
выпукла вниз
при x > 0
:
выпукла вверх
Точки перегибов:
x = 0, y = 0
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Знак:
при x < 0, y < 0
при x > 0, y > 0
Пределы:
;
Частные значения:
при x = -1, y(-1) = -1
при x = 0, y(0) = 0
при x = 1, y(1) = 1
Обратная функция:
Четный числитель, n = 2, 4, 6, ...
Представлены свойства степенной функции y = x p с рациональным показателем , находящимся в пределах 0 < p < 1 , где n = 2, 4, 6, ... - четное натуральное, m = 3, 5, 7 ... - нечетное натуральное.
Область определения:
-∞ < x < +∞
Множество значений:
0 ≤ y < +∞
Четность:
четная, y(-x) = y(x)
Монотонность:
при x < 0
:
монотонно убывает
при x > 0
:
монотонно возрастает
Экстремумы:
минимум при x = 0, y = 0
Выпуклость:
выпукла вверх при x ≠ 0
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Знак:
при x ≠ 0, y > 0
Пределы:
;
Частные значения:
при x = -1, y(-1) = 1
при x = 0, y(0) = 0
при x = 1, y(1) = 1
Обратная функция:
Показатель p больше единицы, p > 1
График степенной функции с рациональным показателем (p > 1 ) при различных значениях показателя степени , где m = 3, 5, 7, ... - нечетное.
Нечетный числитель, n = 5, 7, 9, ...
Свойства степенной функции y = x p с рациональным показателем, большим единицы: . Где n = 5, 7, 9, ... - нечетное натуральное, m = 3, 5, 7 ... - нечетное натуральное.
Область определения:
-∞ < x < ∞
Множество значений:
-∞ < y < ∞
Четность:
нечетная, y(-x) = - y(x)
Монотонность:
монотонно возрастает
Экстремумы:
нет
Выпуклость:
при -∞ < x < 0
выпукла вверх
при 0 < x < ∞
выпукла вниз
Точки перегибов:
x = 0, y = 0
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Пределы:
;
Частные значения:
при x = -1, y(-1) = -1
при x = 0, y(0) = 0
при x = 1, y(1) = 1
Обратная функция:
Четный числитель, n = 4, 6, 8, ...
Свойства степенной функции y = x p с рациональным показателем, большим единицы: . Где n = 4, 6, 8, ... - четное натуральное, m = 3, 5, 7 ... - нечетное натуральное.
Область определения:
-∞ < x < ∞
Множество значений:
0 ≤ y < ∞
Четность:
четная, y(-x) = y(x)
Монотонность:
при x < 0
монотонно убывает
при x > 0
монотонно возрастает
Экстремумы:
минимум при x = 0, y = 0
Выпуклость:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Пределы:
;
Частные значения:
при x = -1, y(-1) = 1
при x = 0, y(0) = 0
при x = 1, y(1) = 1
Обратная функция:
Знаменатель дробного показателя - четный
Пусть знаменатель дробного показателя степени четный: m = 2, 4, 6, ... . В этом случае, степенная функция x p не определена для отрицательных значений аргумента. Ее свойства совпадают со свойствами степенной функции с иррациональным показателем (см. следующий раздел).
Степенная функция с иррациональным показателем
Рассмотрим степенную функцию y = x p с иррациональным показателем степени p . Свойства таких функций отличаются от рассмотренных выше тем, что они не определены для отрицательных значений аргумента x . Для положительных значений аргумента, свойства зависят только от величины показателя степени p и не зависят от того, является ли p целым, рациональным или иррациональным.
y = x p при различных значениях показателя p .
Степенная функция с отрицательным показателем p < 0
Область определения:
x > 0
Множество значений:
y > 0
Монотонность:
монотонно убывает
Выпуклость:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
нет
Пределы:
;
Частное значение:
При x = 1, y(1) = 1 p = 1
Степенная функция с положительным показателем p > 0
Показатель меньше единицы 0 < p < 1
Область определения:
x ≥ 0
Множество значений:
y ≥ 0
Монотонность:
монотонно возрастает
Выпуклость:
выпукла вверх
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Пределы:
Частные значения:
При x = 0, y(0) = 0 p = 0
.
При x = 1, y(1) = 1 p = 1
Показатель больше единицы p > 1
Область определения:
x ≥ 0
Множество значений:
y ≥ 0
Монотонность:
монотонно возрастает
Выпуклость:
выпукла вниз
Точки перегибов:
нет
Точки пересечения с осями координат:
x = 0, y = 0
Пределы:
Частные значения:
При x = 0, y(0) = 0 p = 0
.
При x = 1, y(1) = 1 p = 1
Использованная литература:
И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, «Лань», 2009.
Основные элементарные функции, присущие им свойства и соответствующие графики – одни из азов математических знаний, схожих по степени важности с таблицей умножения. Элементарные функции являются базой, опорой для изучения всех теоретических вопросов.
Статья ниже дает ключевой материал по теме основных элементарных функций. Мы введем термины, дадим им определения; подробно изучим каждый вид элементарных функций, разберем их свойства.
Выделяют следующие виды основных элементарных функций:
Определение 1
- постоянная функция (константа);
- корень n -ой степени;
- степенная функция;
- показательная функция;
- логарифмическая функция;
- тригонометрические функции;
- братные тригонометрические функции.
Постоянная функция определяется формулой: y = C (C – некое действительное число) и имеет также название: константа. Данная функция определяет соответствие любому действительному значению независимой переменной x одного и того же значения переменной y – значение C .
График константы – это прямая, которая параллельна оси абсцисс и проходит через точку, имеющую координаты (0 , С) . Для наглядности приведем графики постоянных функций y = 5 , y = - 2 , y = 3 , y = 3 (на чертеже обозначено черным, красным и синим цветами соответственно).
Определение 2
Данная элементарная функция определяется формулой y = x n (n – натуральное число больше единицы).
Рассмотрим две вариации функции.
- Корень n -й степени, n – четное число
Для наглядности укажем чертеж, на котором изображены графики таких функций: y = x , y = x 4 и y = x 8 . Эти функции отмечены цветом: черный, красный и синий соответственно.
Похожий вид у графиков функции четной степени при иных значениях показателя.
Определение 3
Свойства функции корень n-ой степени, n – четное число
- область определения – множество всех неотрицательных действительных чисел [ 0 , + ∞) ;
- когда x = 0 , функция y = x n имеет значение, равное нулю;
- данная функция- функция общего вида (не является ни четной, ни нечетной);
- область значений: [ 0 , + ∞) ;
- данная функция y = x n при четных показателях корня возрастает на всей области определения;
- функция обладает выпуклостью с направлением вверх на всей области определения;
- отсутствуют точки перегиба;
- асимптоты отсутствуют;
- график функции при четных n проходит через точки (0 ; 0) и (1 ; 1) .
- Корень n -й степени, n – нечетное число
Такая функция определена на всем множестве действительных чисел. Для наглядности рассмотрим графики функций y = x 3 , y = x 5 и x 9 . На чертеже они обозначены цветами: черный, красный и синий цвета кривых соответственно.
Иные нечетные значения показателя корня функции y = x n дадут график аналогичного вида.
Определение 4
Свойства функции корень n-ой степени, n – нечетное число
- область определения – множество всех действительных чисел;
- данная функция – нечетная;
- область значений – множество всех действительных чисел;
- функция y = x n при нечетных показателях корня возрастает на всей области определения;
- функция имеет вогнутость на промежутке (- ∞ ; 0 ] и выпуклость на промежутке [ 0 , + ∞) ;
- точка перегиба имеет координаты (0 ; 0) ;
- асимптоты отсутствуют;
- график функции при нечетных n проходит через точки (- 1 ; - 1) , (0 ; 0) и (1 ; 1) .
Степенная функция
Определение 5Степенная функция определяется формулой y = x a .
Вид графиков и свойства функции зависят от значения показателя степени.
- когда степенная функция имеет целый показатель a , то вид графика степенной функции и ее свойства зависят от того, четный или нечетный показатель степени, а также того, какой знак имеет показатель степени. Рассмотрим все эти частные случаи подробнее ниже;
- показатель степени может быть дробным или иррациональным – в зависимости от этого также варьируется вид графиков и свойства функции. Мы разберем частные случаи, задав несколько условий: 0 < a < 1 ; a > 1 ; - 1 < a < 0 и a < - 1 ;
- степенная функция может иметь нулевой показатель, этот случай также ниже разберем подробнее.
Разберем степенную функцию y = x a , когда a – нечетное положительное число, например, a = 1 , 3 , 5 …
Для наглядности укажем графики таких степенных функций: y = x (черный цвет графика), y = x 3 (синий цвет графика), y = x 5 (красный цвет графика), y = x 7 (зеленый цвет графика). Когда a = 1 , получаем линейную функцию y = x .
Определение 6
Свойства степенной функции, когда показатель степени – нечетный положительный
- функция является возрастающей при x ∈ (- ∞ ; + ∞) ;
- функция имеет выпуклость при x ∈ (- ∞ ; 0 ] и вогнутость при x ∈ [ 0 ; + ∞) (исключая линейную функцию);
- точка перегиба имеет координаты (0 ; 0) (исключая линейную функцию);
- асимптоты отсутствуют;
- точки прохождения функции: (- 1 ; - 1) , (0 ; 0) , (1 ; 1) .
Разберем степенную функцию y = x a , когда a – четное положительное число, например, a = 2 , 4 , 6 …
Для наглядности укажем графики таких степенных функций: y = x 2 (черный цвет графика), y = x 4 (синий цвет графика), y = x 8 (красный цвет графика). Когда a = 2 , получаем квадратичную функцию, график которой – квадратичная парабола.
Определение 7
Свойства степенной функции, когда показатель степени – четный положительный:
- область определения: x ∈ (- ∞ ; + ∞) ;
- убывающей при x ∈ (- ∞ ; 0 ] ;
- функция имеет вогнутость при x ∈ (- ∞ ; + ∞) ;
- очки перегиба отсутствуют;
- асимптоты отсутствуют;
- точки прохождения функции: (- 1 ; 1) , (0 ; 0) , (1 ; 1) .
На рисунке ниже приведены примеры графиков степенной функции y = x a , когда a – нечетное отрицательное число: y = x - 9 (черный цвет графика); y = x - 5 (синий цвет графика); y = x - 3 (красный цвет графика); y = x - 1 (зеленый цвет графика). Когда a = - 1 , получаем обратную пропорциональность, график которой – гипербола.
Определение 8
Свойства степенной функции, когда показатель степени – нечетный отрицательный:
Когда х = 0 , получаем разрыв второго рода, поскольку lim x → 0 - 0 x a = - ∞ , lim x → 0 + 0 x a = + ∞ при a = - 1 , - 3 , - 5 , … . Таким образом, прямая х = 0 – вертикальная асимптота;
- область значений: y ∈ (- ∞ ; 0) ∪ (0 ; + ∞) ;
- функция является нечетной, поскольку y (- x) = - y (x) ;
- функция является убывающей при x ∈ - ∞ ; 0 ∪ (0 ; + ∞) ;
- функция имеет выпуклость при x ∈ (- ∞ ; 0) и вогнутость при x ∈ (0 ; + ∞) ;
- точки перегиба отсутствуют;
k = lim x → ∞ x a x = 0 , b = lim x → ∞ (x a - k x) = 0 ⇒ y = k x + b = 0 , когда а = - 1 , - 3 , - 5 , . . . .
- точки прохождения функции: (- 1 ; - 1) , (1 ; 1) .
На рисунке ниже приведены примеры графиков степенной функции y = x a , когда a – четное отрицательное число: y = x - 8 (черный цвет графика); y = x - 4 (синий цвет графика); y = x - 2 (красный цвет графика).
Определение 9
Свойства степенной функции, когда показатель степени – четный отрицательный:
- область определения: x ∈ (- ∞ ; 0) ∪ (0 ; + ∞) ;
Когда х = 0 , получаем разрыв второго рода, поскольку lim x → 0 - 0 x a = + ∞ , lim x → 0 + 0 x a = + ∞ при a = - 2 , - 4 , - 6 , … . Таким образом, прямая х = 0 – вертикальная асимптота;
- функция является четной, поскольку y (- x) = y (x) ;
- функция является возрастающей при x ∈ (- ∞ ; 0) и убывающей при x ∈ 0 ; + ∞ ;
- функция имеет вогнутость при x ∈ (- ∞ ; 0) ∪ (0 ; + ∞) ;
- точки перегиба отсутствуют;
- горизонтальная асимптота – прямая y = 0 , поскольку:
k = lim x → ∞ x a x = 0 , b = lim x → ∞ (x a - k x) = 0 ⇒ y = k x + b = 0 , когда a = - 2 , - 4 , - 6 , . . . .
- точки прохождения функции: (- 1 ; 1) , (1 ; 1) .
С самого начала обратите внимание на следующий аспект: в случае, когда a – положительная дробь с нечетным знаменателем, некоторые авторы принимают за область определения этой степенной функции интервал - ∞ ; + ∞ , оговаривая при этом, что показатель a – несократимая дробь. На данный момент авторы многих учебных изданий по алгебре и началам анализа НЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ степенные функции, где показатель – дробь с нечетным знаменателем при отрицательных значениях аргумента. Далее мы придержемся именно такой позиции: возьмем за область определения степенных функций с дробными положительными показателями степени множество [ 0 ; + ∞) . Рекомендация для учащихся: выяснить взгляд преподавателя на этот момент во избежание разногласий.
Итак, разберем степенную функцию y = x a , когда показатель степени – рациональное или иррациональное число при условии, что 0 < a < 1 .
Проиллюстрируем графиками степенные функции y = x a , когда a = 11 12 (черный цвет графика); a = 5 7 (красный цвет графика); a = 1 3 (синий цвет графика); a = 2 5 (зеленый цвет графика).
Иные значения показателя степени a (при условии 0 < a < 1) дадут аналогичный вид графика.
Определение 10
Свойства степенной функции при 0 < a < 1:
- область значений: y ∈ [ 0 ; + ∞) ;
- функция является возрастающей при x ∈ [ 0 ; + ∞) ;
- функция имеет выпуклость при x ∈ (0 ; + ∞) ;
- точки перегиба отсутствуют;
- асимптоты отсутствуют;
Разберем степенную функцию y = x a , когда показатель степени – нецелое рациональное или иррациональное число при условии, что a > 1 .
Проиллюстрируем графиками степенную функцию y = x a в заданных условиях на примере таких функций: y = x 5 4 , y = x 4 3 , y = x 7 3 , y = x 3 π (черный, красный, синий, зеленый цвет графиков соответственно).
Иные значения показателя степени а при условии a > 1 дадут похожий вид графика.
Определение 11
Свойства степенной функции при a > 1:
- область определения: x ∈ [ 0 ; + ∞) ;
- область значений: y ∈ [ 0 ; + ∞) ;
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- функция является возрастающей при x ∈ [ 0 ; + ∞) ;
- функция имеет вогнутость при x ∈ (0 ; + ∞) (когда 1 < a < 2) и выпуклость при x ∈ [ 0 ; + ∞) (когда a > 2);
- точки перегиба отсутствуют;
- асимптоты отсутствуют;
- точки прохождения функции: (0 ; 0) , (1 ; 1) .
Обращаем ваше внимание!Когда a – отрицательная дробь с нечетным знаменателем, в работах некоторых авторов встречается взгляд, что область определения в данном случае – интервал - ∞ ; 0 ∪ (0 ; + ∞) с оговоркой, что показатель степени a – несократимая дробь. На данный момент авторы учебных материалов по алгебре и началам анализа НЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ степенные функции с показателем в виде дроби с нечетным знаменателем при отрицательных значениях аргумента. Далее мы придерживаемся именно такого взгляда: возьмем за область определения степенных функций с дробными отрицательными показателями множество (0 ; + ∞) . Рекомендация для учащихся: уточните видение вашего преподавателя на этот момент во избежание разногласий.
Продолжаем тему и разбираем степенную функцию y = x a при условии: - 1 < a < 0 .
Приведем чертеж графиков следующий функций: y = x - 5 6 , y = x - 2 3 , y = x - 1 2 2 , y = x - 1 7 (черный, красный, синий, зеленый цвет линий соответственно).
Определение 12
Свойства степенной функции при - 1 < a < 0:
lim x → 0 + 0 x a = + ∞ , когда - 1 < a < 0 , т.е. х = 0 – вертикальная асимптота;
- область значений: y ∈ 0 ; + ∞ ;
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- точки перегиба отсутствуют;
На чертеже ниже приведены графики степенных функций y = x - 5 4 , y = x - 5 3 , y = x - 6 , y = x - 24 7 (черный, красный, синий, зеленый цвета кривых соответственно).
Определение 13
Свойства степенной функции при a < - 1:
- область определения: x ∈ 0 ; + ∞ ;
lim x → 0 + 0 x a = + ∞ , когда a < - 1 , т.е. х = 0 – вертикальная асимптота;
- область значений: y ∈ (0 ; + ∞) ;
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- функция является убывающей при x ∈ 0 ; + ∞ ;
- функция имеет вогнутость при x ∈ 0 ; + ∞ ;
- точки перегиба отсутствуют;
- горизонтальная асимптота – прямая y = 0 ;
- точка прохождения функции: (1 ; 1) .
Когда a = 0 и х ≠ 0 , получим функцию y = x 0 = 1 , определяющую прямую, из которой исключена точка (0 ; 1) (условились, что выражению 0 0 не будет придаваться никакого значения).
Показательная функция имеет вид y = a x , где а > 0 и а ≠ 1 , и график этой функции выглядит различно, исходя из значения основания a . Рассмотрим частные случаи.
Сначала разберем ситуацию, когда основание показательной функции имеет значение от нуля до единицы (0 < a < 1) . Наглядным примером послужат графики функций при a = 1 2 (синий цвет кривой) и a = 5 6 (красный цвет кривой).
Подобный же вид будут иметь графики показательной функции при иных значениях основания при условии 0 < a < 1 .
Определение 14
Свойства показательной функции, когда основание меньше единицы:
- область значений: y ∈ (0 ; + ∞) ;
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- показательная функция, у которой основание меньше единицы, является убывающей на всей области определения;
- точки перегиба отсутствуют;
- горизонтальная асимптота – прямая y = 0 при переменной x , стремящейся к + ∞ ;
Теперь рассмотрим случай, когда основание показательной функции больше, чем единица (а > 1) .
Проиллюстрируем этот частный случай графиком показательных функций y = 3 2 x (синий цвет кривой) и y = e x (красный цвет графика).
Иные значения основания, большие единицы, дадут аналогичный вид графика показательной функции.
Определение 15
Свойства показательной функции, когда основание больше единицы:
- область определения – все множество действительных чисел;
- область значений: y ∈ (0 ; + ∞) ;
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- показательная функция, у которой основание больше единицы, является возрастающей при x ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- функция имеет вогнутость при x ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- точки перегиба отсутствуют;
- горизонтальная асимптота – прямая y = 0 при переменной x , стремящейся к - ∞ ;
- точка прохождения функции: (0 ; 1) .
Логарифмическая функция имеет вид y = log a (x) , где a > 0 , a ≠ 1 .
Такая функция определена только при положительных значениях аргумента: при x ∈ 0 ; + ∞ .
График логарифмической функции имеет различный вид, исходя из значения основания а.
Рассмотрим сначала ситуацию, когда 0 < a < 1 . Продемонстрируем этот частный случай графиком логарифмической функции при a = 1 2 (синий цвет кривой) и а = 5 6 (красный цвет кривой).
Иные значения основания, не большие единицы, дадут аналогичный вид графика.
Определение 16
Свойства логарифмической функции, когда основание меньше единицы:
- область определения: x ∈ 0 ; + ∞ . Когда х стремится к нулю справа, значения функции стремятся к + ∞ ;
- область значений: y ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- логарифмическая
- функция имеет вогнутость при x ∈ 0 ; + ∞ ;
- точки перегиба отсутствуют;
- асимптоты отсутствуют;
Теперь разберем частный случай, когда основание логарифмической функции больше единицы: а > 1 . На чертеже ниже –графики логарифмических функций y = log 3 2 x и y = ln x (синий и красный цвета графиков соответственно).
Иные значения основания больше единицы дадут аналогичный вид графика.
Определение 17
Свойства логарифмической функции, когда основание больше единицы:
- область определения: x ∈ 0 ; + ∞ . Когда х стремится к нулю справа, значения функции стремятся к - ∞ ;
- область значений: y ∈ - ∞ ; + ∞ (все множество действительных чисел);
- данная функция – функция общего вида (не является ни нечетной, ни четной);
- логарифмическая функция является возрастающей при x ∈ 0 ; + ∞ ;
- функция имеет выпуклость при x ∈ 0 ; + ∞ ;
- точки перегиба отсутствуют;
- асимптоты отсутствуют;
- точка прохождения функции: (1 ; 0) .
Тригонометрические функции – это синус, косинус, тангенс и котангенс. Разберем свойства каждой из них и соответствующие графики.
В общем для всех тригонометрических функций характерно свойство периодичности, т.е. когда значения функций повторяются при разных значениях аргумента, отличающихся друг от друга на величину периода f (x + T) = f (x) (T – период). Таким образом, в списке свойств тригонометрических функций добавляется пункт «наименьший положительный период». Помимо этого, будем указывать такие значения аргумента, при которых соответствующая функция обращается в нуль.
- Функция синус: y = sin (х)
График данной функции называется синусоида.
Определение 18
Свойства функции синус:
- область определения: все множество действительных чисел x ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- функция обращается в нуль, когда x = π · k , где k ∈ Z (Z – множество целых чисел);
- функция является возрастающей при x ∈ - π 2 + 2 π · k ; π 2 + 2 π · k , k ∈ Z и убывающей при x ∈ π 2 + 2 π · k ; 3 π 2 + 2 π · k , k ∈ Z ;
- функция синус имеет локальные максимумы в точках π 2 + 2 π · k ; 1 и локальные минимумы в точках - π 2 + 2 π · k ; - 1 , k ∈ Z ;
- функция синус вогнутая, когда x ∈ - π + 2 π · k ; 2 π · k , k ∈ Z и выпуклая, когда x ∈ 2 π · k ; π + 2 π · k , k ∈ Z ;
- асимптоты отсутствуют.
- Функция косинус: y = cos (х)
График данной функции называется косинусоида.
Определение 19
Свойства функции косинус:
- область определения: x ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- наименьший положительный период: Т = 2 π ;
- область значений: y ∈ - 1 ; 1 ;
- данная функция – четная, поскольку y (- x) = y (x) ;
- функция является возрастающей при x ∈ - π + 2 π · k ; 2 π · k , k ∈ Z и убывающей при x ∈ 2 π · k ; π + 2 π · k , k ∈ Z ;
- функция косинус имеет локальные максимумы в точках 2 π · k ; 1 , k ∈ Z и локальные минимумы в точках π + 2 π · k ; - 1 , k ∈ z ;
- функция косинус вогнутая, когда x ∈ π 2 + 2 π · k ; 3 π 2 + 2 π · k , k ∈ Z и выпуклая, когда x ∈ - π 2 + 2 π · k ; π 2 + 2 π · k , k ∈ Z ;
- точки перегиба имеют координаты π 2 + π · k ; 0 , k ∈ Z
- асимптоты отсутствуют.
- Функция тангенс: y = t g (х)
График данной функции называется тангенсоида.
Определение 20
Свойства функции тангенс:
- область определения: x ∈ - π 2 + π · k ; π 2 + π · k , где k ∈ Z (Z – множество целых чисел);
- Поведение функции тангенс на границе области определения lim x → π 2 + π · k + 0 t g (x) = - ∞ , lim x → π 2 + π · k - 0 t g (x) = + ∞ . Таким образом, прямые x = π 2 + π · k k ∈ Z – вертикальные асимптоты;
- функция обращается в нуль, когда x = π · k при k ∈ Z (Z – множество целых чисел);
- область значений: y ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- данная функция – нечетная, поскольку y (- x) = - y (x) ;
- функция является возрастающей при - π 2 + π · k ; π 2 + π · k , k ∈ Z ;
- функция тангенс является вогнутой при x ∈ [ π · k ; π 2 + π · k) , k ∈ Z и выпуклой при x ∈ (- π 2 + π · k ; π · k ] , k ∈ Z ;
- точки перегиба имеют координаты π · k ; 0 , k ∈ Z ;
- Функция котангенс: y = c t g (х)
График данной функции называется котангенсоида.
Определение 21
Свойства функции котангенс:
- область определения: x ∈ (π · k ; π + π · k) , где k ∈ Z (Z – множество целых чисел);
Поведение функции котангенс на границе области определения lim x → π · k + 0 t g (x) = + ∞ , lim x → π · k - 0 t g (x) = - ∞ . Таким образом, прямые x = π · k k ∈ Z – вертикальные асимптоты;
- наименьший положительный период: Т = π ;
- функция обращается в нуль, когда x = π 2 + π · k при k ∈ Z (Z – множество целых чисел);
- область значений: y ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- данная функция – нечетная, поскольку y (- x) = - y (x) ;
- функция является убывающей при x ∈ π · k ; π + π · k , k ∈ Z ;
- функция котангенс является вогнутой при x ∈ (π · k ; π 2 + π · k ] , k ∈ Z и выпуклой при x ∈ [ - π 2 + π · k ; π · k) , k ∈ Z ;
- точки перегиба имеют координаты π 2 + π · k ; 0 , k ∈ Z ;
- наклонные и горизонтальные асимптоты отсутствуют.
Обратные тригонометрические функции – это арксинус, арккосинус, арктангенс и арккотангенс. Зачастую, в связи с наличием приставки «арк» в названии, обратные тригонометрические функции называют аркфункциями.
- Функция арксинус: y = a r c sin (х)
Определение 22
Свойства функции арксинус:
- данная функция – нечетная, поскольку y (- x) = - y (x) ;
- функция арксинус имеет вогнутость при x ∈ 0 ; 1 и выпуклость при x ∈ - 1 ; 0 ;
- точки перегиба имеют координаты (0 ; 0) , она же – нуль функции;
- асимптоты отсутствуют.
- Функция арккосинус: y = a r c cos (х)
Определение 23
Свойства функции арккосинус:
- область определения: x ∈ - 1 ; 1 ;
- область значений: y ∈ 0 ; π ;
- данная функция - общего вида (ни четная, ни нечетная);
- функция является убывающей на всей области определения;
- функция арккосинус имеет вогнутость при x ∈ - 1 ; 0 и выпуклость при x ∈ 0 ; 1 ;
- точки перегиба имеют координаты 0 ; π 2 ;
- асимптоты отсутствуют.
- Функция арктангенс: y = a r c t g (х)
Определение 24
Свойства функции арктангенс:
- область определения: x ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- область значений: y ∈ - π 2 ; π 2 ;
- данная функция – нечетная, поскольку y (- x) = - y (x) ;
- функция является возрастающей на всей области определения;
- функция арктангенс имеет вогнутость при x ∈ (- ∞ ; 0 ] и выпуклость при x ∈ [ 0 ; + ∞) ;
- точка перегиба имеет координаты (0 ; 0) , она же – нуль функции;
- горизонтальные асимптоты – прямые y = - π 2 при x → - ∞ и y = π 2 при x → + ∞ (на рисунке асимптоты – это линии зеленого цвета).
- Функция арккотангенс: y = a r c c t g (х)
Определение 25
Свойства функции арккотангенс:
- область определения: x ∈ - ∞ ; + ∞ ;
- область значений: y ∈ (0 ; π) ;
- данная функция – общего вида;
- функция является убывающей на всей области определения;
- функция арккотангенс имеет вогнутость при x ∈ [ 0 ; + ∞) и выпуклость при x ∈ (- ∞ ; 0 ] ;
- точка перегиба имеет координаты 0 ; π 2 ;
- горизонтальные асимптоты – прямые y = π при x → - ∞ (на чертеже – линия зеленого цвета) и y = 0 при x → + ∞ .
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Функция где Х – переменная величина, A – заданное число, называется Степенной функцией .
Если то – линейная функция, ее график – прямая линия (см. параграф 4.3, рис. 4.7).
Если то – квадратичная функция, ее график – парабола (см. параграф 4.3, рис. 4.8).
Если то ее график – кубическая парабола (см. параграф 4.3, рис. 4.9).
Степенная функция
Это обратная функция для
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция нечетная.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Нули функции: X = 0 – единственный нуль.
6. наибольшего и наименьшего значений функция не имеет.
7.
8. График функции Симметричен графику кубической параболы относительно прямой Y = X и изображен на рис. 5.1.
Степенная функция
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция четная.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Нули функции: единственный нуль X = 0.
6. Наибольшее и наименьшее значения функции: принимает наименьшее значение для X = 0, оно равно 0.
7. Промежутки возрастания и убывания: функция является убывающей на промежутке и возрастающей на промежутке
8. График функции (для каждого N Î N ) «похож» на график квадратичной параболы (графики функций изображены на рис. 5.2).
Степенная функция
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция нечетная.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Нули функции: X = 0 – единственный нуль.
6. Наибольшее и наименьшее значения:
7. Промежутки возрастания и убывания: функция является возрастающей на всей области определения.
8. График функции (для каждого ) «похож» на график кубической параболы (графики функций изображены на рис. 5.3).
Степенная функция
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция нечетная.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Нули функции: нулей не имеет.
6. Наибольшее и наименьшее значения функции: наибольшего и наименьшего значений функция не имеет при любом
7. Промежутки возрастания и убывания: функция является убывающей в области определения.
8. Асимптоты: (ось Оу ) – вертикальная асимптота;
(ось Ох ) – горизонтальная асимптота.
9. График функции (для любого N ) «похож» на график гиперболы (графики функций изображены на рис. 5.4).
Степенная функция
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция четная.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Наибольшее и наименьшее значения функции: наибольшего и наименьшего значений функция не имеет при любом
6. Промежутки возрастания и убывания: функция является возрастающей на и убывающей на
7. Асимптоты: X = 0 (ось Оу ) – вертикальная асимптота;
Y = 0 (ось Ох ) – горизонтальная асимптота.
8. Графиками функций Являются квадратичные гиперболы (рис. 5.5).
Степенная функция
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция не обладает свойством четности и нечетности.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Нули функции: X = 0 – единственный нуль.
6. Наибольшее и наименьшее значения функции: наименьшее значение, равное 0, функция принимает в точке X = 0; наибольшего значения не имеет.
7. Промежутки возрастания и убывания: функция является возрастающей на всей области определения.
8. Каждая такая функция при определенном показателе является обратной для функции при условии
9. График функции «похож» на график функции при любом N и изображен на рис. 5.6.
Степенная функция
1. Область определения:
2. Множество значений:
3. Четность и нечетность: функция нечетная.
4. Периодичность функции: непериодическая.
5. Нули функции: X = 0 – единственный нуль.
6. Наибольшее и наименьшее значения функции: наибольшего и наименьшего значений функция не имеет при любом
7. Промежутки возрастания и убывания: функция является возрастающей на всей области определения.
8. График функции Изображен на рис. 5.7.
1. Степенная функция, ее свойства и график;
2. Преобразования:
Параллельный перенос;
Симметрия относительно осей координат;
Симметрия относительно начала координат;
Симметрия относительно прямой y = x;
Растяжение и сжатие вдоль осей координат.
3. Показательная функция, ее свойства и график, аналогичные преобразования;
4. Логарифмическая функция , ее свойства и график;
5. Тригонометрическая функция, ее свойства и график, аналогичные преобразования (y = sin x; y = cos x; y = tg x);
Функция: y = x\n - ее свойства и график.
Степенная функция, ее свойства и график
y = x, y = x 2 , y = x 3 , y = 1/x
и т. д. Все эти функции являются частными случаями степенной функции, т. е. функции y = x p
, где p - заданное действительное число.
Свойства и график степенной функции существенно зависит от свойств степени с действительным показателем, и в частности от того, при каких значениях x
и p
имеет смысл степень x p
. Перейдем к подобному рассмотрению различных случаев в зависимости от
показателя степени p.
- Показатель p = 2n - четное натуральное число.
y = x 2n , где n - натуральное число, обладает следующими свойствами:
- область определения - все действительные числа, т. е. множество R;
- множество значений - неотрицательные числа, т. е. y больше или равно 0;
- функция y = x 2n четная, так как x 2n = (-x) 2n
- функция является убывающей на промежутке x < 0 и возрастающей на промежутке x > 0.
График функции y = x 2n имеет такой же вид, как например график функции y = x 4 .
2. Показатель p = 2n - 1 - нечетное натуральное число
В этом случае степенная функция y = x 2n-1 , где натуральное число, обладает следующими свойствами:
- область определения - множество R;
- множество значений - множество R;
- функция y = x 2n-1 нечетная, так как (-x) 2n-1 = x 2n-1 ;
- функция является возрастающей на всей действительной оси.
График функции y = x 2n-1 y = x 3 .
3. Показатель p = -2n , где n - натуральное число.
В этом случае степенная функция y = x -2n = 1/x 2n обладает следующими свойствами:
- множество значений - положительные числа y>0;
- функция y = 1/x 2n четная, так как 1/(-x) 2n = 1/x 2n ;
- функция является возрастающей на промежутке x0.
График функции y = 1/x 2n имеет такой же вид, как, например, график функции y = 1/x 2 .
4. Показатель p = -(2n-1)
, где n
- натуральное число.
В этом случае степенная функция y = x -(2n-1)
обладает следующими свойствами:
- область определения - множество R, кроме x = 0;
- множество значений - множество R, кроме y = 0;
- функция y = x -(2n-1) нечетная, так как (-x) -(2n-1) = -x -(2n-1) ;
- функция является убывающей на промежутках x < 0 и x > 0 .
График функции y = x -(2n-1) имеет такой же вид, как, например, график функции y = 1/x 3 .
Вы знакомы с функциями y=x, y=x 2 , y=x 3 , y=1/x и т. д. Все эти функции являются частными случаями степенной функции, т. е. функцииy=x p , где p - заданное действительное число. Свойства и график степенной функции существенно зависит от свойств степени с действительным показателем, и в частности от того, при каких значенияхx иp имеет смысл степеньx p . Перейдем к подобному рассмотрению различных случаев в зависимости от показателя степениp.
Показатель p=2n -четное натуральное число.
В этом случае степенная функция y=x 2n , гдеn - натуральное число, обладает следующими
свойствами:
область определения - все действительные числа, т. е. множество R;
множество значений - неотрицательные числа, т. е. y больше или равно 0;
функция y=x 2n четная, так какx 2n =(-x) 2n
функция является убывающей на промежутке x<0 и возрастающей на промежутке x>0.
График функции y=x 2n имеет такой же вид, как например график функцииy=x 4 .
2. Показатель p=2n-1 - нечетное натуральное число В этом случае степенная функцияy=x 2n-1 , где натуральное число, обладает следующими свойствами:
область определения - множество R;
множество значений - множество R;
функция y=x 2n-1 нечетная, так как (-x) 2n-1 =x 2n-1 ;
функция является возрастающей на всей действительной оси.
График функции y=x2n-1 имеет такой же вид, как, например, график функцииy=x3 .
3.Показатель p=-2n , гдеn - натуральное число.
В этом случае степенная функция y=x -2n =1/x 2n обладает следующими свойствами:
множество значений - положительные числа y>0;
функция y=1/x 2n четная, так как1/(-x) 2n =1/x 2n ;
функция является возрастающей на промежутке x<0 и убывающей на промежутке x>0.
График функции y=1/x 2n имеет такой же вид, как, например, график функции y=1/x 2 .
4.Показатель p=-(2n-1) , гдеn - натуральное число. В этом случае степенная функцияy=x -(2n-1) обладает следующими свойствами:
область определения - множество R, кроме x=0;
множество значений - множество R, кроме y=0;
функция y=x -(2n-1) нечетная, так как (-x) -(2n-1) =-x -(2n-1) ;
функция является убывающей на промежутках x<0 иx>0 .
График функции y=x -(2n-1) имеет такой же вид, как, например, график функцииy=1/x 3 .
Обратные тригонометрические функции, их свойства и графики.
Обратные тригонометрические функции, их свойства и графики. Обра́тные тригонометри́ческие фу́нкции (круговые функции , аркфункции ) - математические функции, являющиеся обратными к тригонометрическим функциям.
Функция arcsin
График функции .
Арксинусом числа m называется такое значение угла x , для которого
Функция непрерывна и ограничена на всей своей числовой прямой. Функция является строго возрастающей.
[Править]Свойства функции arcsin
[Править]Получение функции arcsin
Дана функция На всей своей области определения она является кусочно-монотонной , и, значит, обратное соответствие функцией не является. Поэтому мы рассмотрим отрезок, на котором она строго возрастает и принимает все значения области значений - . Так как для функции на интервале каждому значению аргумента соответствует единственное значение функции, то на этом отрезке существует обратная функция график которой симметричен графику функции на отрезке относительно прямой