在掌握函数的基础概念与单调性后,我们开始接触一些具体的函数形态。首先介绍的是函数界的三大支柱:幂函数、指数函数和对数函数。跨越它们,前方风景无限;无法掌握,可能会困于半山腰。学习这三个函数,不仅让我们拥有具体的函数模型,加深函数的认识,更让我们了解函数的性质,如奇偶性。这三个函数在高中数学中的地位十分重要。
一、幂函数
幂函数是一种形如f(x)=xa(α为实数)的函数,其中x是底数,α是指数。作为函数的一个重要类别,幂函数在高考数学、高等数学以及工业化应用中都有广泛的应用。它衍生出了一次函数、二次函数等众多常用函数。那么,幂函数的性质、规律、图像以及应用,自然成为数学中引人入胜的话题。
幂函数的图像是性质、规律和应用的直观展现。其实,影响幂函数图像走向和形状的关键因素在于α。虽然图像会随着α的变化而有所调整,但遵循以下五点规律:
1. 任何幂函数的图像都会经过第一象限;
2. 它们的图像不会进入第四象限;
3. 图像是否进入第二、第三象限取决于函数的奇偶性;
4. 任何幂函数的图像最多只能同时出现在两个象限内;
5. 如果图像与坐标轴相交,那么交点一定是原点。
二、指数函数
谈及指数函数,我们可能会首先联想到指数的现象。例如,细胞的就是一个有趣的例子,新细胞产生的速度十分惊人。这种过程中,细胞数量与次数的关系就是一个典型的指数函数。
一般地,形如f(x)=ax(其中a为常数且a>0,a≠1)的函数被称为指数函数。这种函数的定义域是全体实数,值域则为(0,+∞)。需要注意的是,指数函数中前面的系数必须为1。例如f(x)=10x和f(x)=πx都是指数函数,但f(x)=3×2x由于系数不为1,则不是指数函数。
三、对数函数
高中数学中通常先介绍指数函数,然后通过反函数的概念引出对数。但在历史上,对数的概念并非来自指数,因为当时尚未有分指数及无理指数的概念。欧拉在他的著作中明确提出对数函数是指数函数的反函数,这与现在的教科书中的描述是一致的。
一般地,形如f(x)=logax(其中a>0且a≠1)的函数被称为对数函数。它是以幂(真数)为自变量,指数为因变量,底数为常量的函数。对数函数的定义域是(0,+∞)。它实际上是指数函数的反函数,可以表示为x=a^y的形式。对于指数函数中关于底数a的规定,同样适用于对数函数。至此数学中的三大巨擘介绍完毕。接下来让我们欣赏一些涉及幂指对函数的经典题目吧!