Графики элементарных функций

Автор: Пользователь скрыл имя, 19 Апреля 2012 в 17:32, реферат

Краткое описание

Прямая линия - график линейной функции y = ax + b. Функция y монотонно возрастает при a > 0 и убывает при a < 0. При b = 0 прямая линия проходит через начало координат т. 0 (y = ax - прямая пропорциональность)

Файлы: 1 файл

ГРАФИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ.docx

— 154.26 Кб (Скачать)
                                        ГРАФИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ
 

 
Прямая  линия - график линейной функции y = ax + b. Функция y монотонно возрастает при a > 0 и убывает при a < 0. При b = 0 прямая линия проходит через начало координат т. 0 (y = ax - прямая пропорциональность)
Парабола - график функции квадратного трёхчлена у = ах+ bх + с. Имеет вертикальную ось симметрии. Если а > 0, имеет минимум, если а < 0 - максимум. Точки пересечения (если они есть) с осью абсцисс - корни соответствующего квадратного уравнения ax+ bx +с =0
Гипербола - график функции  . При а > О расположена в I и III четвертях, при а < 0 - во II и IV. Асимптоты - оси координат. Ось симметрии - прямая у = х(а > 0) или у - - х(а < 0).
Экспонента (показательная функция по основанию е) у = еx. (Другое написание у = ехр(х)). Асимптота - ось абсцисс.
Логарифмическая функция y = loga(a > 0)
у = sinx. Синусоида - периодическая функция с периодом Т = 2π
у = а•sin(ωx+φ) - функция гармонических колебаний. Обозначения: а - амплитуда, ω - частота (ω = 2π/Т), φ - фаза (сдвиг).
Косинусоида у = cosx (графики у = sinx и у = cosx сдвинуты по оси х на  )
Тангенсоида y = tgx. Точки разрыва при х =  (2k -1), где k = 0, ±1, ±2,.. Вертикальные асимптоты в этих точках.
Гауссиана у = Аe-(ax2). Кривая "нормального" закона распределения ошибок, у которого

,  ,

σ - дисперсия ошибки. Симметрия относительно оси у.

у = secx - кривая "цепной линии", эту форму принимает абсолютно гибкая нить, подвешенная в параллельном поле тяжести. А полная функция периодична, и её асимптоты х =  (2k -1), как у функции y = tgx.
Круг с центром в точке (xo, yo) радиуса r. (x-xo)+ (y-yo)= r2
Эллипсс центром в точке (xo, yo). Большая полуось а, малая b, эксцинтриситет

Затухающее  колебание y = Ae-ax•sin(ωx+φ)

 

                                   Элементарные функции и их графики

 

 

1. Пропорциональные  величины. Если переменные  y  и  x  прямо пропорциональныто функциональная зависимость между ними  выражается уравнением:             

    y  k x ,                                                   

где   - постоянная величина ( коэффициент пропорциональности ).

График прямой пропорциональности – прямая линия, проходящая через начало координат иобразующая с осью X  угол  , тангенс которого равен  tan   k  ( рис.8 ). Поэтому,коэффициент пропорциональности называется также угловым коэффициентом. На рис.8 показаны три графика для  = 1/3,  = 1 и  -3 .

2. Линейная  функция. Если переменные  и связаны уравнением 1-ой степени:  

A x + B y ,                            

где по крайней мере одно из чисел  A  или  B  не равно нулю, то графиком этой функциональной зависимости является прямая линия. Если = 0, то она проходит через начало координат, в противном случае - нет. Графики линейных функций для различных комбинаций ABпоказаны на рис.9.  

3. Обратная пропорциональность. Если переменные  y  и  обратно пропорциональнытофункциональная зависимость между ними выражается уравнением:   

    x ,                                                  

где  - постоянная величина.

График обратной пропорциональности – гипербола ( рис.10 ). У этой кривой две ветви.Гиперболы получаются при пересечении кругового конуса плоскостью ( о конических сечениях см. раздел «Конус» в главе «Стереометрия» ). Как показано на рис.10, произведение координат точек гиперболы есть величина постоянная, в нашем примере равная 1. Вобщем случае эта величина равна  k, что следует из уравнения гиперболы:  xy = k. 

 

Основные характеристики и свойства гиперболы:       

- область определения  функции:    0,  область значений:    0 ; 

- функция монотонная ( убывающая ) при  x < 0 и при  x > 0но не  

монотонная в целом  из-за точки разрыва  = 0 ( подумайте, почему ? ); 

- функция неограниченная, разрывная в точке = 0, нечётная, непериодическая;  

нулей функция не имеет.

4. Квадратичная  функция. Это функция:  ax bx c, где  a, b, c - постоянные,    0. В простейшем случае имеем:  = 0  и   ax 2. График этой функции квадратная парабола -кривая, проходящая через начало координат ( рис.11 ). Каждая парабола имеет ось симметрииOY, которая называется осью параболыТочка пересечения параболы с её осью называетсявершиной параболы. 

 
График функции  ax bx - тоже квадратная парабола того же вида, что и  ax 2, ноеё вершина лежит не в начале координат, а в точке с координатами:

Форма и расположение квадратной параболы в системе координат  полностью зависит от двух параметров: коэффициента  a  при  xи дискриминанта DD = b– 4acЭти свойства следуют из анализа корней квадратного уравнения (см. соответствующий раздел в главе «Алгебра»). Все возможные различные случаи для квадратной параболы показаны на рис.12.


 

   

  

Изобразите, пожалуйста, квадратную параболу для случая  > 0, > 0 .  

Основные характеристики и свойства квадратной параболы: 

- область определения  функции:   x <    ( т.e.    ), а область     

 значений: … ( ответьте, пожалуйста , на этот вопрос сами ! ); 

- функция в целом  не монотонна, но справа или  слева от вершины     

ведёт себя, как монотонная;  

- функция неограниченная, всюду непрерывная, чётная при  = 0,   

и непериодическая;

при < 0 не имеет нулей. ( А что при    0 ? ) .  

5. Степенная функция. Это функция:  y = axn, где  a , n – постоянные. При  = 1 получаемпрямую пропорциональность:  ax; при  = 2 - квадратную параболу; при  -1 -обратную пропорциональность или гиперболу. Таким образом, эти функции - частные случаистепенной функции. Мы знаем, что нулевая степень любого числа, отличного от нуля, равна1, cледовательно, при  = 0 степенная функция превращается в постоянную величину:  a,т.e. её график - прямая линия, параллельная оси  Х, исключая начало координат ( поясните, пожалуйста, почему ? ). Все эти случаи ( при  = 1 ) показаны на рис.13  (   0 ) и рис.14 ( < 0 ). Отрицательные значения  здесь не рассматриваются, так как тогда некоторые функции: 
 

 

 
Если  – целые, степенные функции имеют смысл и при < 0, но их графики имеют различный вид в зависимости от того, является ли  n  чётным числом или нечётным. На рис.15 показаны две такие степенные функции:  для  = 2  и  = 3.

 
При = 2 функция чётная и её график симметричен относительно оси Y. При = 3 функция нечётная и её график симметричен относительно начала координат. Функция  xназывается кубической параболой.

На рис.16 представлена функция  . Эта функция является обратной к квадратной параболе  2, её график получается поворотом графика квадратной параболы вокруг биссектрисы 1-го координатного углаЭто способ получения графика любой обратной функции из графика её исходной функции. Мы видим по графику, что это двузначная функция ( об этом говорит и знак  ±  перед квадратным корнем ). Такие функции не изучаются вэлементарной математике, поэтому в качестве функции мы рассматриваем обычно одну из её ветвей:  верхнюю или нижнюю.

6. Показательная функция. Функция   ax, где  положительное постоянное число,называется показательной функцией. Аргумент  принимает любые действительные значения;  в качестве значений функции рассматриваются только положительные числа, так как иначе мы имеем многозначную функцию. Так, функция  = 81имеет при  = 1/4 четыре различных значения:  = 3,  -3,  = 3 i  и  -(проверьте, пожалуйста !). Но мы рассматриваем в качестве значения функции только  = 3. Графики показательной функции для  = 2  и  = 1/2  представлены на рис.17. Они проходят через точку  ( 0, 1 ). При  = 1 мы имеем график прямой линии, параллельной оси Х, т.e. функция превращается в постоянную величину, равную 1. При  > 1 показательная функция возрастает, a при  0 < < 1 – убывает.

 
Основные характеристики и свойства показательной функции:

- область определения  функции:   x <    ( т.e.   );   

область значений:  > 0 ;  

- функция монотонна:  возрастает при  > 1 и убывает при  0 < < 1;  

- функция неограниченная, всюду непрерывная, непериодическая;   

нулей функция не имеет.

7. Логарифмическая функция. Функция  = log x, где  – постоянное положительное число,не равное 1, называется логарифмической. Эта функция является обратной к показательной функции; её график ( рис.18 ) может быть получен поворотом графика показательной функции вокруг биссектрисы 1-го координатного угла. 

Основные характеристики и свойства логарифмической функции:

- область определения  функции: > 0, а область значений:   y <     

( т.e.    );    

- это монотонная  функция: она возрастает при  a > 1 и убывает при 0 <   < 1;   

- функция неограниченная, всюду непрерывная, непериодическая;     

- у функции есть  один ноль:  = 1.

8. Тригонометрические  функции. При построении тригонометрических функций мы используемрадианную меру измерения углов. Тогда функция  = sin представляется графиком ( рис.19 ). Эта кривая называется синусоидой.   

График функции  = cos представлен на рис.20; это также синусоида, полученная в результате перемещения графика  = sin x  вдоль оси Х  влево на  /2.

Из этих графиков очевидны характеристики и свойства этих функций:

- область определения:     ; область значений:  -     +1;   

- эти функции  периодические: их период 2  ;

- функции ограниченные  ( |   1 ), всюду непрерывные, не монотонные, но    

 имеющие так называемые интервалы монотонности, внутри которых они     

 ведут себя, как  монотонные функции ( см. графики рис.19 и рис.20 );

- функции имеют  бесчисленное множество нулей  ( подробнее см. раздел    

«Тригонометрические уравнения» ).  

Графики функций  = tan  и  = cot  показаны соответственно на рис.21 и рис.22

            

Из графиков видно, что эти функции: периодические ( их период   ),      

неограниченные, в  целом не монотонные, но имеют интервалы монотонности      

( какие? ), разрывные ( какие точки разрыва имеют эти функции? ). Область             

определения и область значений этих функций:

9. Обратные  тригонометрические функции. Определения обратных  

тригонометрических  функций и их основные свойства приведены в 

одноимённом разделе в главе «Тригонометрия». Поэтому здесь мы ограничимся  

лишь короткими комметариями, касающимися их графиков, полученных  

поворотом графиков тригонометрических функций вокруг биссектрисы 1-го 

координатного угла. 


 

 

Функции  = Arcsin ( рис.23 ) и  = Arccos ( рис.24 ) многозначные, неограниченные; их область определения и область значений соответственно:  -     +1  и     . Поскольку эти функции многозначные, не

рассматриваемые в элементарной математике, в качестве обратных тригонометрическихфункций рассматриваются их главные значения:  = arcsin x  и   y = arccos x; их графики выделены на рис.23 и рис.24 жирными линиями.  

Функции  = arcsin  и  = arccos обладают следующими характеристиками и свойствами:

- у обеих функций  одна и та же область определения:  -     +1 ;  

их области значений:  - /2       /2  для  = arcsin x  и  0        для  = arccos x;

- функции ограниченные, непериодические, непрерывные и  монотонные   

= arcsin – возрастающая функция;  = arccos x – убывающая );

- каждая функция  имеет по одному нулю ( = 0  у функции  = arcsin и   

= 1  у функции  = arccos x).

  

Функции  = Arctan ( рис.25 ) и  = Arccot ( рис.26 ) - многозначные, неограниченные функции; их область определения: -         . Их главные значения  = arctan x  и  = arccot xрассматриваются в качестве обратных тригонометрических функций; их графики выделены на рис.25 и рис.26 жирными ветвями.  

Функции  = arctan и  arccot имеют следующие характеристики и свойства:

- у обеих функций  одна и та же область определения:  -        ;  

их области значений:  - /2 <  /2  для  = arctan x  и  0 < <    для  = arccos x;

- функции ограниченные, непериодические, непрерывные и  монотонные  

= arctan – возрастающая функция;  = arccot x – убывающая );

- только функция  = arctan имеет единственный ноль ( = 0 );  

функция  = arccot нулей не имеет.


Информация о работе Графики элементарных функций