高中幂函数、指数函数、对数函数

初等函数

  1. 指数幂

a^1/2 = 2厂a
a^1/3 = 3厂a
a^4/5 = 5厂a^4
a^-1 = 1/a
a^-2 = 1/a^2
a^-4/5 = 1/5厂a4

  1. 指数运算

a^r * a^s = a^(r+s) (a > 0, r,s∈R)
(ar)s = a^(rs)
(a
b)^r = a^r * b^r

√ab = √a * √b <=> (ab)^1/2 = a1/2*b1/2
√a/b = √a/√b <=> (a*1/b)^1/2 = a^1/2 * (b-1)1/2 = √a / √b

r s 可以是所有实数,可以是正数或者负数,可以是整数或者分数,甚至可以是无理数 (a厂2)厂2 = a^2

幂函数

y = x^α

以下是幂函数:
y=x
y=x^2
y=x^3
y=x^1/2 y=√x
y=x^-1 y=1/x

以下不是幂函数:
y=2x^2
y=x^2 + 1

幂函数的性质:

  1. 所有的幂函数在 (0, +∞) 都有定义,并且图像都过点 (1, 1)

  2. 当 α > 0 时,幂函数的图像都过原点,并且在 [0, +∞) 上是增函数
    当 α < 0 时,幂函数在区间(0, +∞) 上是减函数

  3. 当 α 为奇数时,幂函数为奇函数
    当 α 为偶数时,幂函数为偶函数
    当 0<α<1 时,定义域为 [0, +∞),定义域不是关于原点对称的,因此为非奇非偶函数

关键点:

所有幂函数都过 (1, 1) 点
α=0 函数为 y=x,一条直线,过原点
α<0 双曲线,x 不能为 0,因此不过原点
α>0 连续曲线,过原点

α>0,x 轴正方向单调增
α=1 匀速增加
α>1 增速先慢后快
0<α<1 增速先快后慢

根据 α 画出 x 轴正方向的图像
根据奇偶性,画出全部图像
如果 0<α<1,定义域为 [0, +∞) ,因此只有 x 轴正方向的图像

指数函数

y = a^x (a>0 且 a!=1) 是指数函数,x 是自变量,定义域为 R

y = x^α 底数是变量,幂函数
y = a^x 指数是变量,指数函数

必须严格按照格式
y = ka^x 不是指数函数
y = a^x + b 不是指数函数

图像都在 x 轴上方,向上无限伸展,向下无限接近 x 轴
所有指数函数都过点 (0,1), f(0) = 1
底数越大,向上越靠近 y 轴

指数函数的性质:

0 < a < 1

定义域:R
值域:(0, +∞)
过点 (0, 1),即 x=0 时,y=1
在 R 上是减函数

a > 1

定义域: R
值域:(0, +∞)
过点 (0, 1),即 x=0 时,y=1
在 R 上是增函数

复合函数的单调性:
换元 : 设 t = x^2+2 f(x^2+2) = f(t)
内层函数与外层函数的单调性同增异减

对数函数

对数:a^x = N (a>0 且 a≠1),x 叫做以 a 为底 N 的对数

x = ㏒aN
a 底数
N 真数 (N > 0)

对比:
x^a = n <=> x = a√n
a^x = n <=> x = ㏒an

两种特殊的对数

以10为底的对数:log10N 记作 lgN
以e为底的对数:logeN 记作 lnN
e=2.71828…

对数常用结论:

loga1=0 logaa=1
负数与0没有对数

a^logaN = N

对数运算法则:
loga(MN) = logaM + logaN
loga(M/N) = logaM - logaN
loga(M^n) = nlogaM

换底公式
logaN = logmN / logma (a>0 a≠1 m>0 m≠1 N>0)

log 2 5 = lg5/lg2 = ln5/ln2 = log3 5/log3 2 …

logab * logba = 1 (a>0 b>0 a≠1 b≠1)
log a^m b^n = n/m log a b

对数函数:

y = log a x

  1. a>0 且 a≠1
  2. 定义域是 (0, +∞)

对数函数的性质:

a > 1
定义域:(0, +∞)
值域:R
过点(1, 0)
单调增

a < 1
定义域:(0, +∞)
值域:R
过点(1, 0)
单调减

注意

边界值:
logaN N > 0
√a a >= 0
1/a a≠0

特殊:
定义域一定写成集合形式 {x | x>0} 或者 (0, +∞)
无论是奇函数还是偶函数,定义域都要关于原点对称

反函数

以下两个函数互为反函数

y = 2^x
y = log 2 x

原函数的定义域是反函数的值域
原函数的值域是反函数的定义域

y = f(x) 的反函数通常记作 y = f-1(x)

反函数的图像关于 y=x 对称

二分法求函数零点的近似值

函数零点:使得 y=f(x)=0 的实数 x 叫做函数的 0 点

如果函数 y=f(x) 在区间 [a,b]上的图像是一条连续不断的曲线,如果有 f(a) * f(b) < 0,则在区间 (a,b) 上有零点

如果 f(a) * f(b) > 0,则在区间 (a,b)可能有零点也可能没有

二分法求函数的零点近似值,先确定零点所在的区间 (a, b) f(a) * f(b) < 0,取 a b 的中间值 c,看 f(c) 与 f(a) 和 f(b) 的乘积的符号,可以判断零点在 (a, c) 还是 (c, b),然后继续取中间值

如果取到某个区间的中点x0 ,恰好使得 f(x0) = 0,那么 x0 就是零点。如果区间中点总不为0,那么不断重复上述操作,直到所要的精确度位置

总结:二分法求函数 f(x) 零点近似值的一般步骤:

  1. 确定区间[a,b],验证 f(a)*f(b)<0,给定精确度δ
  2. 求区间 (a, b) 的中点 c
  3. 计算f(c)
    3.1 若 f(c) = 0,则 c 就是函数的零点
    3.2 若 f(a)f(c) < 0,则令 b=c
    3.3 若 f(c)
    f(b) < 0,则令 a=c
  4. 判断是否达到精确度,若|a-b|<δ ,则得到 a或b为零点的近似值,否则重复 2~4
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