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函数的各种概念与性质(1)

微积分之路

概念:

这天,零小麒与极之限再次来到这个巷子里。零小麒拿起笔,在墙上写下了“函数的各种概念与性质”。

零小麒今天我们来学习函数的各种概念与性质。首先……

这时,零小麒和极之限的肚子不约而同的叫了起来。他俩面面相觑,最终:

极之限呃……先吃饭吧。

零小麒嗯。

他俩来到了一个餐馆,各自点了一份猪杂汤粉。

零小麒你每天都来这里吃饭吗?

极之限是呀,父母平时不在家,这里又离家比较近,所以我经常来这里吃。

零小麒

猪杂汤粉上来后,零小麒看了看墙上的单价,顿时灵机一动:

零小麒诶,这样。我们就以猪杂汤粉为例,来学习函数的各种概念吧。

极之限嗯?

第一部分:定义域、值域与对应法则

零小麒首先,考虑一下:猪杂汤粉的单价为8元每份,假设我们需要x份,所需的总价为y元。那么,单价、所需份数与总价的关系式为什么?

极之限很简单,就是y=8x。

零小麒如果将其进一步写成用f(x)表达的函数呢?

极之限嗯……f(x)=8x,对吧?

零小麒对的,那现在再考虑一下:如果我们的总价一定,为80元。那么,在没有多出来的钱的情况下,请写出单价x、最多可得份数y与总价之间的关系式。

极之限嗯……因为总价等于单价乘以数量,那么数量就等于总价除以单价,所以关系式就是y=80/x,对吧?

零小麒嗯,对,但不全对。

极之限嗯?

零小麒你想想,我们买东西的时候,没人会说要买0.5个东西。同样的,我们的这个表达式中的y也只能是正整数。那么,应该还得在后面加上y的取值范围……

极之限哦!那就是y=80/x(y>0且y为整数),对吧?

零小麒嗯,对,但正确的写法是y=80/x,y∈N*

极之限呃……这后面啥意思?

零小麒“∈”是属于的意思,“N”指全体自然数,右上角标“*”表示去掉0,所以后面半句的意思是“y属于全体自然数中去掉零”,也就是“y等于全体正整数”。最后,把这个式子也写成函数的形式就是:g(x)=80/x,g(x)∈R*(为了与前面的f(x)做区分,所以写成了g(x)。另外,这样写因变量的取值范围实际上并不严谨,接下来将会讲述描述因变量取值范围与自变量取值范围的严格描述。)。另外,刚刚写出来的另一个函数f(x)=8x中x的取值范围为x∈R*。接下来就要引出一个严谨描述因变量和自变量的取值范围的方法了:我们把因变量的取值范围称为值域,把自变量的取值范围称为定义域。在刚刚两个函数中,f(x)的定义域为R*,g(x)的值域为R*。而且在写定义域与值域的时候,只要描述清楚是定义域还是值域,就不需要再加上谁属于谁了。最后,f(x)这个符号除了是y与x之间的对应关系,也是定义域值域之间的关系。所以我们把f称之为定义域与值域的对应法则。

零小麒画成图像的话就是这么表示:

零小麒对应法则:定义域→值域

极之限哦!

第二部分:区间

零小麒当然,数学家们都比较懒,不想写个取值范围都写大半天。所以就发明了一种简便写法:区间。

零小麒先来看两个例子的感受一下。

极之限好。

零小麒第一:0<x<8

零小麒这个时候,可以写成:x∈(0,8)

极之限嗯!诶?好像坐标啊。

零小麒嗯,对,开区间的写法确实很像坐标,但和坐标是两个东西。要注意区分。

极之限开区间是什么?

零小麒待会我再讲,再看另一个例子:

零小麒0≤x≤8

零小麒这时候,可写为[0,8]

零小麒这也是一种区间

极之限那么区间到底是什么?

零小麒好了,现在就给你正式讲解什么是区间:区间是一种可以表示范围的数学方法,分为开区间,闭区间和半包围区间。开区间:若a<x<b,则x的范围可以表示为开区(a,b);闭区间:若a≤x≤b,则x的范围可以表示为闭区间[a,b];半包围区间分为左开右闭区间和左闭右开区间,左开右闭区间:若a<x≤b,则x的范围可以表示为左开右闭区间(a,b];左闭右开区间:若a≤x<b,则x的区间可表示为左闭右开区间[a,b)。

极之限呃……好复杂啊。

零小麒其实一点也不复杂,只需要掌握一个口诀:若包含,则为闭;不包含,则为开。若其中一边可以包含,则那一边为闭,写为中括号;若其中一边不包含,则那一边为开,写为小括号。

零小麒现在你就试着用区间表示一下“8≤x<7”这段范围吧。

极之限嗯……就是左闭右开区间[8,7),对吧?

零小麒对。

极之限哎,那如果像x<3或3<x那样,没有最大范围或最小范围,那该如何用区间表示呢?

零小麒问的好。先问你个问题:你知道“∞”这个符号的含义吗?

极之限我当然知道了,表示无穷大嘛。

零小麒对,就是无穷大。在无穷大左边添一个正号表示正无穷(+∞),表示无限增大;在无穷大左边添一个负号表示负无穷(-∞),表示无限减小。那么,像这种没有最大范围和最小范围的范围,如x<3,可以用区间表示为(-∞,3)。另外,没有任何数可以达到无穷,所以正负无穷的那一边绝对是“开”的。另外,还有一个很有趣的区间:(-∞,+∞),你想想这个区间表示什么。

极之限嗯……就是全体实数吧!

零小麒对!

零小麒还有,如果某一段范围要用区间表示,必须满足如下条件:

零小麒1.该范围必须连续;2.范围中度数必须可以比较大小;3.范围内有无数个数。

零小麒最后,就是讲解如何把不同的区间“合并”。比如说x≠0,它其实包含两段区间:(-∞,0)和(0,+∞)。而我们希望把这两段区间合并表示为x≠0,就需要用“∪”符号将这两段区间整体表示为(-∞,0)∪(+∞,0)。其中“∪”是并集符号,你就理解成把两段区域合并就行了。

极之限哦!

极之限(未完待续……)

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