一般奇异函数及其构造形式
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反常函数知识点总结反常函数有很多种类,包括渐近函数、奇异函数、分段函数等。
不同类型的反常函数有着不同的性质和行为,下面对反常函数的一些重要知识点进行总结。
一、渐近函数渐近函数是指当自变量趋于无穷大或负无穷大时,函数值趋于某个常数或者无穷大的函数。
渐近函数常见于实际问题和科学研究中,如在解析和绘制曲线图表时。
渐近函数的主要特点包括:1. 水平渐近线:当自变量趋于无穷大或负无穷大时,函数值趋近于某一常数。
例如,函数y=1/x的图像在x轴上有一条水平渐近线y=0。
2. 垂直渐近线:当自变量趋于某个值时,函数值趋近于无穷大或负无穷大。
例如,函数y=1/(x-1)的图像在x=1处有一条垂直渐近线。
3. 斜渐近线:当自变量趋于无穷大或负无穷大时,函数值不断逼近直线y=kx+b,其中k和b为常数。
例如,函数y=2x+3的图像有一条斜渐近线y=2x。
渐近函数的研究对于深入理解函数的性质和行为具有重要意义,也为实际问题的解决提供了重要的工具和方法。
二、奇异函数奇异函数是指在某一点或一组点附近发生异常行为的函数。
奇异函数的性质和行为可能在数学理论中具有特殊的意义和重要性,也可能在实际问题的求解中起到关键作用。
奇异函数的分类和性质有很多种,主要包括:1. 不连续点:奇异函数在某些点上可能出现不连续现象,如间断点、跳跃点等。
例如,阶梯函数在整数点上出现跳跃现象。
2. 不可导点:奇异函数在某些点上可能出现不可导现象,如拐点、尖点等。
例如,绝对值函数在原点处不可导。
3. 极值点:奇异函数在某些点上可能出现极值现象,如极大值、极小值等。
奇异函数的极值点通常对于函数的性质和行为具有重要的影响。
奇异函数的研究对于深入理解函数的性质和行为,解决实际问题具有重要的意义和价值。
三、分段函数分段函数是指在不同的区间内使用不同的函数表达式的函数。
分段函数的主要特点包括:1. 区间划分:分段函数将定义域划分为不同的区间,在每个区间内使用不同的函数表达式。
高中数学函数常见奇偶模型在高中数学中,函数是一个重要的概念,而奇偶性则是函数中常见的性质之一。
在解题过程中,我们经常需要利用函数的奇偶性来简化计算或者判断函数的性质。
本文将按照函数的类型,介绍一些常见的奇偶模型。
一、多项式函数多项式函数是高中数学中最基础的函数之一,其一般式为$f(x)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+...+a_1x+a_0$。
对于多项式函数,我们可以通过判断其各项系数的奇偶性来判断其奇偶性。
当$n$为偶数时,$f(x)$为偶函数,当$n$为奇数时,$f(x)$为奇函数。
这是因为当$x$取相反数时,多项式函数中各项的幂次均为偶数或奇数,从而各项系数的符号不变,因此函数的奇偶性也不变。
二、三角函数三角函数是高中数学中另一个重要的函数类型,包括正弦函数、余弦函数、正切函数等。
对于三角函数,我们可以通过利用其周期性来判断其奇偶性。
正弦函数$f(x)=\sin x$是奇函数,余弦函数$f(x)=\cos x$是偶函数。
这是因为正弦函数的周期为$2\pi$,当$x$取相反数时,$\sin(-x)=-\sin x$,即正弦函数的值也取相反数,因此为奇函数。
而余弦函数的周期也为$2\pi$,当$x$取相反数时,$\cos(-x)=\cos x$,即余弦函数的值不变,因此为偶函数。
三、指数函数和对数函数指数函数和对数函数也是高中数学中常见的函数类型。
对于指数函数$f(x)=a^x$,我们可以通过判断底数$a$的奇偶性来判断其奇偶性。
当$a$为偶数时,指数函数$f(x)$为偶函数,当$a$为奇数时,指数函数$f(x)$为奇函数。
这是因为当$x$取相反数时,$a^x$的值不变,因此当$a$为偶数时,$a^x$的值也不变,从而为偶函数;当$a$为奇数时,$a^x$的值取相反数,从而为奇函数。
对于对数函数$f(x)=\log_a x$,我们可以通过判断底数$a$的奇偶性来判断其奇偶性。
当$a$为偶数时,对数函数$f(x)$无定义,因为对于$x<0$时,$\log_ax$无实数解;当$a$为奇数时,对数函数$f(x)$为奇函数。
8个典型奇偶函数奇偶函数是高等数学中常见的函数类型,它们具有一些特殊的性质,对于学习数学和科学领域的人来说非常重要。
在本文中,我们将介绍8个典型的奇偶函数,阐述它们的特点和应用,希望读者可以从中获得一些启示和指导。
一、正弦函数正弦函数是最常见的奇函数之一,它的定义域是所有实数,值域在-1到1之间波动,具有周期性和奇性。
正弦函数可以用来描述周期性的振动,比如弦乐器演奏时的震动、电磁波的传播等。
我们可以通过调节正弦函数的系数和常数,来得到不同频率和振幅的振动曲线。
二、余弦函数余弦函数也是一种周期性函数,它的值域和正弦函数相同,但是相位不同。
余弦函数是偶函数,它可以表示各种周期性的现象,比如机械臂的振动、交流电信号等。
三、正切函数正切函数是一种奇函数,定义域为所有实数,值域为(-∞,∞),它的图像具有周期性和对称性。
正切函数可以被用来表示各种斜率和角度变化的情况,比如物体做抛体运动时的速度变化、物理学中的阻力效应等。
四、余切函数余切函数也是一种奇函数,它的定义域和正切函数相同,但是值域是(-∞,∞),和正切函数的图像镜像对称。
余切函数可以用来描述倾斜角和斜率的变化,比如自然现象中的倾斜地形、机械工程中的倾斜构件等。
五、双曲正弦函数双曲正弦函数的定义域和值域都是实数集,它的图像呈现出一种超越正弦函数的特殊弧线。
双曲正弦函数具有奇性和单调性,可以描述各种渐近于纵轴和横轴的曲线。
双曲函数在物理学的电路分析和控制系统中非常有用。
六、双曲余弦函数双曲余弦函数的定义域和值域和双曲正弦函数相同,但是它的图像呈现出一种椭圆形状,具有偶性和单调性。
双曲余弦函数可以用于描述电子管和半导体器件中的电流关系、电磁波的衍射和散射等。
七、双曲正切函数双曲正切函数的定义域为所有实数,值域在(-1,1)之间,它的图像呈现出一条中心对称的S形曲线,具有奇性和双曲性。
双曲正切函数可以被用来表示交叉相关的数据点,比如心电图和脑电图的波形变化。
指数函数概念:一般地,函数y=a^x(a>0,且a≠1)叫做指数函数,其中x是自变量,函数的定义域是R。
注意:⒈指数函数对外形要求严格,前系数要为1,否则不能为指数函数。
⒉指数函数的定义仅是形式定义。
指数函数的图像与性质:规律:1. 当两个指数函数中的a互为倒数时,两个函数关于y轴对称,但这两个函数都不具有奇偶性。
2.当a>1时,底数越大,图像上升的越快,在y轴的右侧,图像越靠近y轴;当0<a<1时,底数越小,图像下降的越快,在y轴的左侧,图像越靠近y轴。
在y轴右边“底大图高”;在y轴左边“底大图低”。
3.四字口诀:“大增小减”。
即:当a>1时,图像在R上是增函数;当0<a<1时,图像在R上是减函数。
4. 指数函数既不是奇函数也不是偶函数。
比较幂式大小的方法:1. 当底数相同时,则利用指数函数的单调性进行比较;2. 当底数中含有字母时要注意分类讨论;3. 当底数不同,指数也不同时,则需要引入中间量进行比较;4.对多个数进行比较,可用0或1作为中间量进行比较底数的平移:在指数上加上一个数,图像会向左平移;减去一个数,图像会向右平移。
在f(X)后加上一个数,图像会向上平移;减去一个数,图像会向下平移。
对数函数1.对数函数的概念由于指数函数y=a x 在定义域(-∞,+∞)上是单调函数,所以它存在反函数,我们把指数函数y=a x (a >0,a ≠1)的反函数称为对数函数,并记为y=log a x(a >0,a ≠1).因为指数函数y=a x 的定义域为(-∞,+∞),值域为(0,+∞),所以对数函数y=log a x 的定义域为(0,+∞),值域为(-∞,+∞).2.对数函数的图像与性质对数函数与指数函数互为反函数,因此它们的图像对称于直线y=x . 据此即可以画出对数函数的图像,并推知它的性质.为了研究对数函数y=log a x(a >0,a ≠1)的性质,我们在同一直角坐标系中作出函数y=log 2x ,y=log 10x ,y=log 10x,y=log 21x,y=log 101x 的草图由草图,再结合指数函数的图像和性质,可以归纳、分析出对数函数y=log a x(a>0,a ≠1)的图像的特征和性质.见下表.图象a>1 a<1性质(1)x>0(2)当x=1时,y=0(3)当x>1时,y>00<x<1时,y<0(3)当x>1时,y<00<x<1时,y>0 (4)在(0,+∞)上是增函数(4)在(0,+∞)上是减函数补充性质设y1=log a x y2=log b x其中a>1,b>1(或0<a<1 0<b<1) 当x>1时“底大图低”即若a>b则y1>y2当0<x<1时“底大图高”即若a>b,则y1>y2比较对数大小的常用方法有:(1)若底数为同一常数,则可由对数函数的单调性直接进行判断.(2)若底数为同一字母,则按对数函数的单调性对底数进行分类讨论.(3)若底数不同、真数相同,则可用换底公式化为同底再进行比较.(4)若底数、真数都不相同,则常借助1、0、-1等中间量进行比较.3.指数函数与对数函数对比幂函数幂函数的图像与性质幂函数ny x =随着n 的不同,定义域、值域都会发生变化,可以采取按性质和图像分类记忆的方法.熟练掌握ny x =,当112,1,,,323n =±±±的图像和性质,列表如下. 从中可以归纳出以下结论:① 它们都过点()1,1,除原点外,任何幂函数图像与坐标轴都不相交,任何幂函数图像都不过第四象限.② 11,,1,2,332a =时,幂函数图像过原点且在[)0,+∞上是增函数. ③ 1,1,22a =---时,幂函数图像不过原点且在()0,+∞上是减函数.④ 任何两个幂函数最多有三个公共点.n y x =奇函数 偶函数 非奇非偶函数1n>01n<<n<定义域R R R奇偶性奇奇奇非奇非偶奇在第Ⅰ象限的增减性在第Ⅰ象限单调递增在第Ⅰ象限单调递增在第Ⅰ象限单调递增在第Ⅰ象限单调递增在第Ⅰ象限单调递减幂函数y xα=(x∈R,α是常数)的图像在第一象限的分布规律是:①所有幂函数y xα=(x∈R,α是常数)的图像都过点)1,1(;O xyO xyO xyO xyO xyO xyO xyO xyO xy②当21,3,2,1=α时函数y x α=的图像都过原点)0,0(;③当1=α时,y x α=的的图像在第一象限是第一象限的平分线(如2c );④当3,2=α时,y x α=的的图像在第一象限是“凹型”曲线(如1c )⑤当21=α时,y x α=的的图像在第一象限是“凸型”曲线(如3c )⑥当1-=α时,y x α=的的图像不过原点)0,0(,且在第一象限是“下滑”曲线(如4c )当0>α时,幂函数y x α=有下列性质:(1)图象都通过点)1,1(),0,0(;(2)在第一象限内都是增函数;(3)在第一象限内,1>α时,图象是向下凸的;10<<α时,图象是向上凸的; (4)在第一象限内,过点)1,1(后,图象向右上方无限伸展。
第36卷第6期2016年12月黄冈师范学院学报Journal of Huanggang Normal UniversityVol.36 No.6Dcc.2016一般奇异函数及其构造形式陈文略(黄冈师范学院数理学院,湖北黄州438000)摘要本文在奇异函数的基础上给出一般奇异函数的定义,并且给出它的一类函数的构造形式和基本构造方法.关键词C a n to r函数;奇异函数;勒贝格积分中图分类号〇174 文献标志码 A 文章编号1003-8078(2016)06-0016-03收稿日期2016-07-14 doi 10.3969/j.issn.l 003-8078.2016.06.05作者简介陈文略,男,湖北麻城人,教授,主要研究方向为函数和拓扑学教学.The general singular function and its structural formC H E N Wen-lue(College of Mathcmiatics and Physics,Huanggang Normial U niversity,Huangzhou 438000, H ubei»China.) Abstract T'his article defines general singular function based on a singular function,and provides a structural formi of its kind and basic structure micthods.Key words Cantor function; singular function; Lebesgue integral在实变函数中,对于奇异函数的定义[1],条件 要求是苛刻的,即要求函数/u)在闭区间[,6]上:一是必须单调递增且连续(当然这里还要求/u)不是常值函数),二是导数几乎处处存在且为零,从而得到勒贝格积分'U d u♦J[a b]/(b)—/()的结论(说明了牛顿-莱布尼兹定理中的结论在此条件下是不成立的,这里/U) =0).作为说明定理的举例,一般书籍[a-b]中也仅局限于列举C a n t o r函数来举例说明即止[2].本文在此基础上,认为相应的条件可以放宽(即本文所述的一般奇异函数中的条件要求),从而得到函数的更一般形式和所呈现出的变化多姿的构造方法和构造函数.本文中的一般奇异函数有着奇异函数不可比拟的性质:一方面它包含了奇异函数,另一方面它的构造更具絢丽多彩的变化(本文具体介绍一类一般奇异函数的构造)同时它也具有更好的性质特征和应用前景.1相关概念定义1设点集E C尺1 ,函数/U)在E上 有定义,u€E,若存在5>0,使得对于V u u2 6E n u(u,8),当 u^U2 时,有 /(u X/U2) (或/(u)>/(u)),则称/U)在u处相对于点集E是局部单调上升(或局部单调下降)./(u)在u处相对于点集E是局部单调上升或局部单调下降的,统称/(u)在u处(相对于点集E)是局部单调;如果函数/(u)在E上每 一点处都是局部单调的,则称函数/(u)在E上 局部单调.注意:函数/(u)在E上单调,则/(u)在E 上必定局部单调;反之,函数/(u)在E上局部单调时,并不一定在E上单调.例1设函数为x,u 6[0,1)/(u) =<1,u 6[1,)⑴3 一u,u 6[2,3]则函数/(u)在区间[0,3 ]上是局部单调的,但函第6期陈文略:一般奇异函数及其构造形式•17 •数/U)在区间[0,3]上显然不是单调的.定义2 对于闭区间[,6 ]仿照C a n t o r集 的作法,每次将区间分成w〇3)等份,从中挖去同样的互不相邻的且不为首尾的个开区间,这样一直进行下去,得到的点集称为广义的C an tor集,记为例2在闭区间[0,1]中去掉数中含有2、3、6、这四个数码的数的全体所成之集就是像C a ntor 集 P的构造一样,每次将每个区间分为五等份,每次挖去第二、四两个开区间,这样一直进行下去所成之集即为P2.显然,当W=3时,TM必定为1,这时就是C a n t o r集P;同样广义的C a n t o r集P: —定为一 个完备的疏朗集,且其测度为零,其基数为&(这里 1 <to <定义3设/(r)在[,6]上连续,其导数/(r)在[6]上几乎处处存在,且/()乒/(),若勒 贝格积分/(x)d x=0(2)」[a.6]则称/(r)为[,6]上的一般奇异函数.这里,当/(r)在[,6]上单调,且其导数/(r)在[,6]上几乎处处为零时,则/(r)即为[,6] 上的奇异函数[2],从而奇异函数为一般奇异函数的特殊形式.2 —类实例构造方法及其构造形式对于奇异函数的实例,C a n t o r函数就是一个较好的例子,下面举出既为一般奇异函数,而又可 以不是奇异函数的一类实例的构造方法及其构造形式.设为闭区间[6]上的一个广义的C a ntor集,/(r)为定义在闭区间[6]上的函数.这里构造的/(r)按照下列步骤及方法进行构造而得到,具体作法为:1)由的作法知,[,6]—P:T为一列互不相交的开区间的并集,记这一列开区间为{M(z=1,2,3,…),那么对每个开区间=(a 6.),取/(r)为其闭区间](上的连续的光滑函数,即/ (x)^z C l[a t6b t],且/((=/((⑶那么显然有[/(1)以^=().i.从而有j/(r d x =0,这里A =^a,6] —P W.2)对于V x06P:T,/(x)在x。
处为相对点集PTO是单调上升(或单调下降)的函数.那么这时定义:若/(r)在r〇处为相对于点集P:T是单调上升时/(x。
)=s u p{/(a^.)|I k_(=(a h.,6k/),x。
>ak; ^a k(G PW!R U(x〇 ,d)}(4)或 /(尤0)=11^{/(()|1;=(ak(,6k( )^x。
<ak(,ak(G P W i R U(x〇 ,d)}(5)若/(x)在x〇处为相对于点集P:T是单调下降时/(x〇) =i n f{/(ak; )|Iki=(a k i,6k/),x〇>a k i,ak(G PW!R U(x〇 ,d)}(6)或 /(x〇) =s u p{/(k)|I k=(ak(,6k( )^x〇 <ak(,ak(G P W i R U(x〇 ,d)}(7)3) 对于V x〇G P:T,必存在x〇的某个邻域(x〇D使得满足I.C U(x〇,们的开区间I.=(a k,6k;)的全体{k }满足l i m^k =0(8)(n这里为/(x)在开区间I k =(a k ,6k)上的振幅;区间列{I.}是区间列{M的一个子列,那么函数/(x)在闭区间[a,6]上连续.4) 取/(x)函数在闭区间[a 6]上的端点满足/(a)乒/(6).这时由上述构造过程知,函数/(x)在闭区间[,6 ]上连续,且其导函数/(x)在闭区间[,6]上几乎处处存在,且勒贝格积分/' (x)d x=0 (9)J[a.6]即/(x)d x ♦/ ()—/ ()(10)J[a■6]即/(x)为[a ,6]上的一般奇异函数.注意:1)式(4)、(5)中,当 x0=a,(或 x0=6,)为某个区间左(或右)端点时,这时只有式(4)(或式(5))成立;当x〇乒a,且x〇乒6,即不为区间端点时,两式任选一个即可.对于式(6)、(7)则是单调下降时的对应形式.2)若/(x)在集合P:T上单调上升时,式(4)、•18 •黄冈师范学院学报第36卷(5)可用下式替代f(x〇)=s u p{f) |Ikt =>a ki]⑴)或f(x〇)=inf{f(a k;) |Ikt =(ak^b k-)^x〇<a k i}(12)对于式(6)、(7)同样具有可替代的式子.上述即为一般奇异函数的一类构造形式及其构造提供了一个具体的方法.下面则是这一方法和构造形式的一个具体的实例.例3在C a n t o r函数的基础上,进行一般奇异函数构造的实例.设f(x)定义在闭区间[,1]上,按C a n t o r集P的构造方法,取开区间(13)相应地f(x) =sin3 ^ ,x G/i(14)f(x) =—si n9〔x ——^ 兀 +—,x G/(15)f(x) =— sir9〔x ——)兀+---,J 3 、9043(16)显然这里对任意的开区间/,有j f(x)x=0.对于任意的x1G P,由于要保持f(x)的连 续性,故Ca n t o r集P挖去的开区间的端点的函数值应分别为1,14,13,8,8,…,记这些端点所成之集为M,那么定义f(x1) =s u p{f(x)|f(x)G M,x <x,}(17)故f(x)在C a n t o r集P上的取值与文献[1]中C a n t o r函数的取值是完全相同的,因此这里也就有 f(1) =1f(0)=0,f(x)在 C an tor 集 P 上是 单调上升的.那么f(x)在区间[0,1]上连续,且 几乎处处可导,同时,导数f(x)几乎处处不为零(因而这是与C a n t o r函数的不同点),但有f'(x)d x =0 ^f(1) —f(0) (18)[0.1]由上述的讨论可知,这里的举例可以更复杂更一般些,即是取在闭区间[,b]上的广义的Cantor 集P:T,且f(x)在P:T上仅要求局部单调即可.对于一般奇异函数还可以在其它方面得到较好的应用[3],使相关结论更具一般性并能较好地运用于实际.参考文献:[1]刘宝碇,彭锦.不确定理论教程[M].北京:清华大学出版社,2005: 1 1 — 12.[]程其襄,张奠宙,魏国强,等.实变函数与泛函分析基础[M].北京:高等教育出版社,2013111 — 147.[3] Liu B. Uncertainty T'hcory:An Introduction to itsAxiomatic Foundations[M]. Berlin: Springer-Ver-lag,2004.责任编辑喻晓敏。