指數函式

指數函式

指數函式是數學中重要的函式。套用到值 x 上的這個函式寫為 exp(x)。還可以等價的寫為 ex,這裡的 e 是數學常數,就是自然對數的底數,近似等於2.718281828,還叫做歐拉數。指數函式的一般形式為y=a^x(a>0且不=1) ,函式圖形下凹,a大於1,則指數函式單調遞增;a小於1大於0,則為單調遞減的函式。指數函式既不是奇函式也不是偶函式。

基本信息

數學術語

指數函式是數學中重要的函式。套用到值e上的這個函式寫為exp(x)。還可以等價的寫為ex,這裡的e是數學常數,就是自然對數的底數,近似等於 2.718281828,還稱為歐拉數。

指數函式指數函式

當a>1時,指數函式對於x的負數值非常平坦,對於x的正數值迅速攀升,在 x等於 0 的時候,y等於1。當0<1時,指數函式對於x的負數值迅速攀升,對於x的正數值非常平坦,在x等於 0 的時候,y等於1。在x處的切線的斜率等於此處y的值乘上lna。即由導數知識得:

作為實數變數x的函式,

的圖像總是正的(在x軸之上)並遞增(從左向右看)。它永不觸及x軸,儘管它可以無限程度地靠近x軸(所以,x軸是這個圖像的水平漸近線。它的反函式是自然對數ln(x),它定義在所有正數x上。

指數函式指數函式

有時,尤其是在科學中,術語指數函式更一般性的用於形如

(k屬於R) 的

函式,這裡的 a 叫做“底數”,是不等於 1 的任何正實數。本文最初集中於帶有底數為歐拉數e 的指數函式。

指數函式指數函式

指數函式的一般形式為

(a>0且≠1) (x∈R),從上面我們關於冪函式的討論就可以知道,要想使得x能夠取整個實數集合為定義域,則只有使得a>0且a≠1。

如圖所示為a的不同大小影響函式圖形的情況。

在函式中可以看到

(1) 指數函式的定義域為R,這裡的前提是a大於0且不等於1。對於a不大於0的情況,則必然使得函式的定義域不連續,因此我們不予考慮,同時a等於0函式無意義一般也不考慮。

(2) 指數函式的值域為。

(3) 函式圖形都是上凹的。

(4) a>1時,則指數函式單調遞增;若0<1,則為單調遞減的。

指數函式指數函式

(5) 可以看到一個顯然的規律,就是當a從0趨向於無窮大的過

程中(不等於0)函式的曲線從分別接近於Y軸與X軸的正半軸的單調遞減函式的位置,趨向分別接近於Y軸的正半軸與X軸的負半軸的單調遞增函式的位置。其中水平直線y=1是從遞減到遞增的一個過渡位置。

(6) 函式總是在某一個方向上無限趨向於X軸,並且永不相交。

指數函式指數函式

(7) 函式總是通過(0,1)這點,(若

,則函式定過點(0,1+b))

(8) 指數函式無界。

(9)指數函式是非奇非偶函式

(10)指數函式具有反函式,其反函式是對數函式,它是一個多值函式。

公式推導

指數函式指數函式

e的定義:

設a>0,a≠1

方法一:

指數函式指數函式
指數函式指數函式
指數函式指數函式
指數函式指數函式
指數函式指數函式
指數函式指數函式

特殊地,當

時,

方法二:

,兩邊取對數ln y=xln a

兩邊對x求導:y'/y=ln a,y'=yln a=a^xln a

特殊地,當a=e時,y'=(a^x)'=(e^x)'=e^xln e=e^x。

eº=1

函式圖像

指數函式指數函式

(1)由指數函式y=a^x與直線x=1相交於點(1,a)可知:在

y軸右側

,圖像

從下到上相應的底數由小變大

(2)由指數函式y=a^x與直線x=-1相交於點(-1,1/a)可知:在

y軸左側

,圖像

從下到上相應的底數由大變小

(3)指數函式的底數與圖像間的關係可概括的記憶為:在y軸右邊“

底大圖高

”;在y軸左邊“

底大圖低

”。(如右圖)》。

(4)y等於a的x次方與y等於a分之一的x次方的圖像關於y軸對稱。

冪的比較

比較大小常用方法:(1)比差(商)法:(2)函式單調性法;(3)中間值法:要比較A與B的大小,先找一個中間值C,再比較A與C、B與C的大小,由不等式的傳遞性得到A與B之間的大小。

比較兩個冪的大小時,除了上述一般方法之外,還應注意:

(1)對於底數相同,指數不同的兩個冪的大小比較,可以利用指數函式的單調性來判斷。

例如:y=3 ,y=3 因為3大於1所以函式單調遞增(即x的值越大,對應的y值越大),因為5大於4,所以y 大於y 。

(2)對於底數不同,指數相同的兩個冪的大小比較,可

以利用指數函式圖像的變化規律來判斷。

指數函式指數函式

例如:

,

,因為1/2小於1所以函式圖像在定義域上單調遞減;3大於1,所以函式圖像在定義域上單調遞增,在x=0是兩個函式圖像都過(0,1)然後隨著x的增大,y1圖像下降,而y2上升,在x等於4時,y2大於y1.

(3)對於底數不同,且指數也不同的冪的大小比較,則可以利用中間值來比較。如:

<1> 對於三個(或三個以上)的數的大小比較,則應該先根據值的大小(特別是與0、1的大小)進行分組,再比較各組數的大小即可。

<2> 在比較兩個冪的大小時,如果能充分利用“1”來搭“橋”(即比較它們與“1”的大小),就可以快速的得到答案。那么如何判斷一個冪與“1”大小呢?由指數函式的圖像和性質可知“同大異小”。即當底數a和1與指數x與0之間的不等號同向(例如: a 〉1且x 〉0,或0〈 a〈 1且 x〈 0)時,

大於1,異向時

小於1.

〈3〉例:下列函式在R上是增函式還是減函式?說明理由.

指數函式指數函式

指數函式指數函式

因為4>1,所以

在R上是增函式;

指數函式指數函式

因為0<1/4<1,所以

在R上是減函式。

定義域

x∈R,指代一切實數(-∞,+∞),就是R。

值域

對於一切指數函式

來講,當a滿足a>0且a≠1時,值域為(0, +∞);a=1時也可以,此時值域為{1}。

化簡技巧

(1)把分子、分母分解因式,可約分的先約分;

(2)利用公式的基本性質,化繁分式為簡分式,化異分母為同分母;

指數函式指數函式

(3)把其中適當的幾個分式先化簡,重點突破;

(4)可考慮整體思想,用換元法使分式簡化;

(5)參考圖像來進行化簡。

運算

1.根式的概念:一般地,如果,那么叫做的次方根(nthroot),其中>1,且∈*。

當是奇數時,正數的次方根是一個正數,負數的次方根是一個負數.此時,的次方根用符號表示.式子叫做根式(radical),這裡叫做根指數(radicalexponent),叫做被開方數(radicand)。

當是偶數時,正數的次方根有兩個,這兩個數互為相反數.此時,正數的正的次方根用符號表示,負的次方根用符號-表示.正的次方根與負的次方根可以合併成±(>0).由此可得:負數沒有偶次方根;0的任何次方根都是0,記作。

注意:當是奇數時,當是偶數時。

2.分數指數冪

正數的分數指數冪的意義,規定:

0的正分數指數冪等於0,0的負分數指數冪沒有意義

指出:規定了分數指數冪的意義後,指數的概念就從整數指數推廣到了有理數指數,那么整數指數冪的運算性質也同樣可以推廣到有理數指數冪。

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