高中数学笔记-1-函数的概念及其表示

第一课 函数的概念及其表示

[返回目录][洛谷专栏链接]


1. 函数的概念

一般的,设 A,BA,B 是非空的实数集(R\R),如果对于集合 AA 中的任意一个数 xx,按照某种确定的对应关系 ff,在集合 BB 中都有唯一确定的数 yy 和它对应,那么就称 f:A→Bf:A\to B 为从集合 AA 到集合 BB 的一个函数,记作

y=f(x),x∈Ay=f(x),x\in A

其中,xx叫做自变量,xx 的取值范围 AA 叫做函数的定义域;与 xx 值相对应的 yy 值叫做函数值,函数值的集合 {f(x)∣x∈A}\{f(x)|x\in A\} 叫做函数的值域。

函数的三要素(两域一关系):定义域、值域、对应关系(对应法则)

映射(教材已删去):与函数类似,但映射研究任意非空集合,函数是特殊是映射。

例题:存在函数 f(x)f(x) 满足,对任意 x∈Rx\in \R 都有()?

A. f(1x2+1)=xf(\dfrac{1}{x^2+1})=x,B. C. D.f(x2+2x)=∣x+1∣f(x^2+2x)=|x+1|


根据函数的概念解题

A. 当 x=1x=1 和 x=−1x=-1 时,函数值相同,不符合。

B. C. 同理,略去

D. 令 x2+2x=t,t≥−1x^2+2x=t,t\geq-1,解出 f(t)=∣t+1∣,x≥−1f(t)=|\sqrt{t+1}|,x\geq-1,即 f(x)=∣x+1∣,x≥−1f(x)=|\sqrt{x+1}|,x\geq-1,满足。

注意:换元法,新元范围要写上

2. 求函数的定义域

  • 定义域、值域的书写:区间

    闭区间 {x∣a≤x≤b}:[a,b]\{x|a\le x\le b\}:[a,b]

    开区间 {x∣a<x<b}:(a,b)\{x|a<x<b\}:(a,b)

    左闭右开区间 {x∣a≤x<b}:[a,b)\{x|a\le x< b\}:[a,b)

    左开右闭区间 {x∣a<x≤b}:(a,b]\{x|a< x\le b\}:(a,b]

    {x∣x≥2}:[2,+∞)\{x|x\geq2\}:[2,+\infty)

    {x∣x<1}:(−∞,1)\{x|x<1\}:(-\infty,1)

    {x∣x<1或x>=2}:(−∞,1)∪[2,+∞)\{x|x<1或x>=2\}:(-\infty,1)\cup[2,+\infty)

    注意:无穷大取不到,要写开区间。

  • 判断函数相同

    值域由定义域、对应关系决定,所以只要定义域、对应关系相同即为同一个函数。

  • 具体函数定义域

    平方根里为负数,分母为 00,000^0。

    以上情况要在定义域里排除,根据条件列不等式求解。

    分式:f(x)g(x)≥0⇔f(x)⋅g(x)≥0且g(x)≠0\dfrac{f(x)}{g(x)}\geq0 \Leftrightarrow f(x)\cdot g(x)\geq0 且 g(x) \neq 0

  • 抽象函数(复合函数)定义域

    列不等式限制,注意定义域始终是 xx (或其他字母)的范围。

    例题:若函数 f(x+1)f(x+1) 的定义域为 [0,1][0,1],求函数 g(x)=f(x2)x−1g(x)=\dfrac{f(x^2)}{\sqrt{x-1}} 的定义域。


    注意:定义域 [0,1][0,1] 是 xx 的范围。

    f(x+1)f(x+1) 中 0≤x≤10\le x \le 1,所以 f(x)f(x) 的定义域为 [1,2][1,2],代入 g(x)g(x) 求定义域即可。

    答案:(1,2](1,\sqrt{2}]

  • 求参数范围

    转换为恒成立问题,利用判别式、图像求解。

    例题:已知函数 f(x)=mx2−6mx+m+8f(x)=\sqrt{mx^2-6mx+m+8} 的定义域为 R\R,求 mm 的范围。


    转化:mx2−6mx+m+8≥0mx^2-6mx+m+8\geq0 在 x∈Rx\in\R 上恒成立。

    当 m=0m=0 时,8≥08\geq0,满足。

    当 m≠0m\neq0 时,m>0且Δ≤0m>0且\Delta\le0(根据图像判断),解得 0≤m≤10\le m\le 1。

    综上所述,m∈[0,1]m\in [0,1]

3. 求函数的值域

  1. 配方法

    例题:y=7+6x−x2y=\sqrt{7+6x-x^2}


    y=−(x−3)2+16y=\sqrt{-(x-3)^2}+16

    y∈[0,4]y\in [0,4]

  2. 换元法

    例题:y=−2x+x+3y=-2x+\sqrt{x+3}


    令 x+3=t,y≥0\sqrt{x+3}=t,y\geq0

    x=t2−3x=t^2-3

    y=−2t2+t+6,t≥0y=-2t^2+t+6,t\geq0

    配方法

    y=−2(t−14)2+498,t≥0y=-2(t-\dfrac{1}{4})^2+\dfrac{49}{8},t\geq0

    y∈(−∞,498)y\in (-\infty,\dfrac{49}{8})

  3. 分离常数法(一次比一次)

    例题:y=x+1x+2y=\dfrac{x+1}{x+2}


    y=x+2−1x+2=1−1x+2≠1y=\dfrac{x+2-1}{x+2}=1-\dfrac{1}{x+2}\neq1

    y∈(−∞,1)∪(1,+∞)y\in (-\infty,1)\cup(1,+\infty)

  4. 分离常数法+范围限定

    例题:y=x+1x+2 (x≥0)y=\dfrac{x+1}{x+2}\ (x\geq0)


    y=1−1x+2 ,x>0y=1-\dfrac{1}{x+2}\ ,x>0

    x+2>2x+2>2

    0<1x+2<120<\dfrac{1}{x+2}<\dfrac{1}{2}

    ⋯\cdots

    12<1−1x+1<1\dfrac{1}{2}<1-\dfrac{1}{x+1}<1

    y∈(−12,1)y\in (-\dfrac{1}{2},1)

    也可用 yy 表示 xx 求解(反表示法)

  5. 图像法之一次比一次

    例题:y=x+1x+2 (x≥0)y=\dfrac{x+1}{x+2}\ (x\geq0)


    双曲线画图象,先找渐近线:x=−2,y=1x=-2,y=1(极限思想很方便)

    再代入一个点(确定位置),比如 (−1,0)(-1,0)。

    然后在图像上截取,得到 y∈(−12,1)y\in (-\dfrac{1}{2},1)

  6. 方程思想(主元法,二次比二次)

    例题:y=2x2−3x+3x2−x+1y=\dfrac{2x^2-3x+3}{x^2-x+1}


    方程思想

    yx2−yx+y=2x2−3x+3yx^2-yx+y=2x^2-3x+3

    以 xx 为主元

    (y−2)x2−(y−3)x+y−3=0(y-2)x^2-(y-3)x+y-3=0

    1. 当 y−2=0y-2=0 即 y=2y=2 时,x=1x=1

    2. 当 y≠2y\neq2 时,要使得关于 xx 的一元二次方程有解

      Δ=(y−3)2−4(y−2)(y−3)≥0\Delta=(y-3)^2-4(y-2)(y-3)\geq0

      解得 53≤y≤3\dfrac{5}{3}\le y\le3

      此时 53≤y≤3\dfrac{5}{3}\le y\le3 且 y≠2y\neq2

    综上所述 y∈[53,3]y\in[\dfrac{5}{3},3]

  7. 图像法之对勾函数、飘带函数(基本不等式也可)

    对勾函数:

    f(x)=x+kx ,k>0f(x)=x+\dfrac{k}{x}\ ,k>0

    渐近线 x=0,y=xx=0,y=x

    极值点:(k,2k),(−k,−2k)(\sqrt{k},2\sqrt{k}),(-\sqrt{k},-2\sqrt{k})

    f(x)=ax+bx ,ab>0f(x)=ax+\dfrac{b}{x}\ ,ab>0

    渐近线 x=0,y=axx=0,y=ax

    极值点:(ba,2ab),(−ba,−2ab)(\sqrt{\dfrac{b}{a}},2\sqrt{ab}),(-\sqrt{\dfrac{b}{a}},-2\sqrt{ab})

    飘带函数:

    f(x)=x−kxf(x)=x-\dfrac{k}{x}

    渐近线 x=0,y=xx=0,y=x

    例题:y=2x2−3x+3x2−x+1 (1<x<3)y=\dfrac{2x^2-3x+3}{x^2-x+1}\ (1<x<3)


    分离常数法

    y=2−x−1x2−x+1 ,1<x<3y=2-\dfrac{x-1}{x^2-x+1}\ ,1<x<3

    换元法

    令 x−1=t,0<t<2x-1=t,0<t<2

    y=2−tt2+t+1y=2-\dfrac{t}{t^2+t+1}

    y=2−1t+1t+1y=2-\cfrac{1}{t+\cfrac{1}{t}+1}

    利用对勾 t+1t≥2t+\dfrac{1}{t}\geq2

    一步步限制得到答案:y∈[53,2]y\in[\dfrac{5}{3},2]

  8. 图像法之含参问题
    画出图像,分段进行分类讨论。

4. 求函数解析式

  1. 换元法(注上新元范围)(推荐)

    例题:已知 f(x−3)=x2+2x+1f(x-3)=x^2+2x+1,求函数 f(x)f(x) 的解析式。


    令 x−3=tx-3=t,即 x=t+3x=t+3

    f(t)=(t+3)2+2(t+3)+1=t2+8t+16f(t)=(t+3)^2+2(t+3)+1=t^2+8t+16

    f(x)=x2+8x+16f(x)=x^2+8x+16

  2. 配凑法

  3. 赋值法

    例题:已知 f(x−3)=x2+2x+1f(x-3)=x^2+2x+1,求函数 f(x)f(x) 的解析式。


    令 xx 为 x+3x+3

    f(x)=(x+3)2+2(x+3)+1=x2+8x+16f(x)=(x+3)^2+2(x+3)+1=x^2+8x+16

  4. 已知类型的复合函数

    例题:已知一次函数 f(x)f(x) 满足 f(f(x))=4x−1f(f(x))=4x-1,求 f(x)f(x) 的解析式。


    令 f(x)=kx+b,k≠0f(x)=kx+b,k\neq0

    k(kx+b)+b=4x−1k(kx+b)+b=4x-1

    k2x+kb+b=4x−1k^2x+kb+b=4x-1

    k2=4,kb+b=−1k^2=4,kb+b=-1

    解得 k=2,b=13k=2,b=\dfrac{1}{3} 或 k=−2,b=1k=-2,b=1

    即 f(x)=2x−13f(x)=2x-\dfrac{1}{3} 或 f(x)=−2x+1f(x)=-2x+1

  5. 消元法(解方程)

    注:有时列一个方程不够,可以列多个。

    例题:已知 2f(x)+f(1x)=x+12f(x)+f(\dfrac{1}{x})=x+1 ,求 f(x)f(x) 的解析式。


    令 xx 为 1x\dfrac{1}{x},得 2f(1x)+f(x)=1x+12f(\dfrac{1}{x})+f(x)=\dfrac{1}{x}+1

    与已知条件联立,得到 f(x)=23x−13x+13f(x)=\dfrac{2}{3}x-\dfrac{1}{3x}+\dfrac{1}{3}


高中数学笔记-1-函数的概念及其表示
https://shicj.pages.dev/2024/09/07/高中数学笔记-1-函数的概念及其表示/
作者
shicj
发布于
2024年9月7日
许可协议