Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Базовые понятия и конструкции элементарной и высшей математики

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.11.2025
Размер:
970.55 Кб
Скачать

ax2 bx c 0

при x x или

x x ;

ax2 bx c 0 при

 

x x x ;

 

 

1

 

2

 

b

 

 

 

 

 

1

2

если D 0, то

ax2 bx c 0 для всех x

;

 

если

D 0,

то

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax2 bx c 0

для

всех

x R.

Если a 0

 

 

и

 

D 0,

то

ax2 bx c 0

при

x x x ;

ax2 bx c 0

 

при

 

x x

или

 

 

1

2

 

 

 

 

 

b

 

 

1

 

x x ; если D 0, то ax2 bx c 0

для всех x

;

если D 0,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то ax2 bx c 0

для всех x R (рис. 3.13–3.16). При x 0

y c.

 

y

 

 

y ax2

 

 

 

 

 

 

O

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.13. Парабола y = ax2, a > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a > 0

 

 

 

 

 

 

a > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = 0

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

2a

O

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

x

 

x

 

O

 

 

b

 

1

c

2

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.14. Парабола y = ax2 + bx + c, a > 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а D 0; б D 0

 

 

 

 

 

 

90

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

a > 0

a < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

> 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

b O x2

 

 

 

 

b O

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.15. Парабола y = ax2 + bx + c:

 

 

 

 

 

 

 

 

а a 0, D 0; б a 0, D 0

 

 

 

 

 

y

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

b

 

a < 0

 

b

 

 

 

 

 

 

 

D = 0

 

 

 

 

 

 

2a

2a

 

 

 

x

 

 

x

 

O

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

c

a < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

б

Рис. 3.16. Парабола y = ax2 + bx + c:

а a 0, D 0; б a 0, D 0

График квадратичной функции называется параболой. Если a 0 (a 0), то ветви параболы направлены вверх (вниз). Осью симмет-

рии параболы служит прямая x 2ba . Точка графика функции

91

с абсциссой

x

b

и ординатой

y

4ac b2

называется

 

 

 

0

2a

 

0

4a

 

 

 

 

 

 

вершиной параболы. Если b 0, c 0, вершина параболы y ax2 находится в начале координат (см. рис. 3.13). Графики функции y ax2 bx c изображены на рис. 3.14–3.16.

Функция y kx . Обратно пропорциональная зависимость.

Дробно-линейная функция

Функция y kx выражает обратно пропорциональную зависи-

мость переменной y от переменной x. Здесь k – действительное число, отличное от нуля, которое называют коэффициентом обратной пропорциональности.

Область определения данной функции D y R \ 0 , а область изменения E y R \ 0 . Эта функция нечетная и ее график симмет-

ричен относительно начала координат. При k 0

y 0

при

x 0

и y 0 при x 0. При k 0

y 0 при x 0 и

y 0

при

x 0.

При k 0 данная функция монотонно убывает в , 0

и 0, ,

а при k 0 монотонно возрастает в тех же промежутках. Функцию y kx можно рассматривать как частный случай степенной функции

y x при 1. Графикфункцииназывается гиперболой(рис. 3.17). Оси координат OX и OY являются соответственно горизон-

тальной и вертикальной асимптотами графика функции y kx .

Дробно-линейной функцией называется функция y f (x) вида

y cxax db ,

где a, b, c, d – некоторые действительные числа, c 0 и ad bc.

92

 

y

 

 

 

y

 

 

 

 

 

y

k

, k 0

 

y

k

, k 0

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x

O

x

O

x

 

Рис. 3.17. Гипербола y

k

:

 

 

 

 

x

 

а k 0; б k 0

При c 0

эта функция становится линейной, а при ad bc

y const.

 

 

 

Для исследования свойств и построения графика дробно-линей- ной функции удобно представить ее в виде

 

 

 

 

 

 

y ax b

n

k

,

 

 

 

 

 

 

x m

 

 

 

 

 

 

cx d

 

 

где

n a

,

k

bc ad

,

m d .

 

 

 

c2

 

 

 

 

c

 

 

 

c

 

 

 

Тогда график функции можно получить из графика функции y 1x с помощью геометрических преобразований (параллельных переносов и сжатий (растяжений) вдоль координатных осей).

Дробно-линейная функция

y ax b

определена всюду, кро-

 

x d

 

cx d

 

ме точки

, и принимает

значения в области

 

c

 

 

 

93

 

,

a

a

 

. При a 0

и d 0 она является функцией

E y

 

 

,

 

 

c

c

 

 

 

общего вида, а при a 0 и d 0 – нечетной функцией. Свойства данной функции следуют из свойств функции y kx согласно приведенным выше преобразованиям функции и ее графика. Прямые y ac и x dc являются горизонтальной и вертикальной асимптотами графика этой функции.

Степенная функция

Степенной функцией называется функция y x , где – любое действительное число. Если – число рациональное, то функция y x называется алгебраической, если же – иррациональное, то

функция y x называется трансцендентной.

 

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся ситуации.

 

Пусть 2n, n N, y x2n,

тогда D y R; E y 0, ; y 0

при x 0. Функция y x2n

четная; она на промежутке , 0

убывает, а на промежутке 0,

возрастает. График – парабола

порядка 2n (рис. 3.18, а). При n 1

имеем y x2 – квадратичную

функцию.

 

 

 

 

Пусть 2n 1,

n N, т. е.

y x2n 1. Тогда D y R; E y R

и

y 0

при x 0.

Функция y x2n 1 – нечетная, возрастает на R

от

 

до . График этой функции – парабола порядка 2n 1

(рис. 3.18, б).

 

 

 

Отметим, что при 0 и 1 функция y x совпадает с частными случаями y 1 и y x линейной функции.

94

y

 

y y x2n 1,

 

y x2n ,

n N

n N

 

O

 

x

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

а

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.18. Графики функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

а y = x2n; б y = x2n+1

 

 

 

 

 

Пусть

2n,

n N,

y

1

.

Тогда

D y R \ 0 ,

 

E y 0, .

 

 

 

x2n

 

 

 

 

 

 

Данная функция –

знакоположительная,

четная,

возрастает

на

промежутке

,0

и

убывает на промежутке

0, . Ось OX является горизонтальной, а ось OY – вертикаль-

ной асимптотой для этой функции. График функции

y

1

имеет

x2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вид, приведенный на рис. 3.19, а.

Пусть 2n 1,

n N,

y

1

.

Тогда D y R \ 0 ,

x2n 1

 

 

 

 

 

E y R \ 0 . При x 0 эта функция принимает отрицательные значения, а при x 0 – положительные. Функция – нечетная, убывает на промежутках , 0 и 0, . Координатные оси OX и OY яв-

ляются соответственно горизонтальной и вертикальной асимптотами графиков функции (определение и смысл понятия асимптоты

изложены, например, в [4, 8, 18, 20]). График функции y x21n 1

95

имеет вид, приведенный на рис. 3.19,

б. Частный случай

y

1

,

соответствующий значению n 1, рассмотрен выше.

 

x

 

 

 

 

y

y

 

 

 

O

x

O

x

а

 

 

 

 

б

 

 

 

 

Рис. 3.19. Графики функций:

 

 

 

 

 

а y

1

, n N;

б y

 

1

, n N

 

 

 

 

 

x2n 1

 

 

 

 

 

x2n

 

 

 

 

 

 

 

Пусть r – рациональное

число.

Если

r

1

,

где

n N,

2n

то y 2n x. Тогда D y 0, ,

E y 0,

 

 

 

 

и

y 0

при

x 0.

Функция возрастает при всех x 0. График функции y 2n x полу-

чается как график обратной функции с помощью симметричного отображения относительно прямой y x правой ветви графика

функции y x2n

(рис. 3.20, а). Если r

1

 

 

, n N, то

y 2n 1 x.

2n 1

Тогда D y R,

E y R, y 0 при x 0,

y 0 при x 0 и y 0

при x 0. Такая функция – нечетная, возрастает при всех

x R. Гра-

фик функции y 2n 1 x получается как график обратной функции,

симметричный графику функции y x2n 1 относительно биссектрисы y x первого и третьего координатных углов (рис. 3.20, б).

96

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2n x, n N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2n 1 x, n N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.20. Графики функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а y 2n x; б y 2n 1 x

 

 

 

 

 

 

 

Пусть r

 

p

, где

p и q – натуральные и взаимно простые чис-

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ла. График функции

y q x p

зависит от чисел

 

p и q. Если p

четное, q – нечетное, то функция y q x p

определена на R,

 

явля-

ется неотрицательной и y 0

 

при x 0.

При

x 0 она убывает,

а при x 0

– возрастает. График функции имеет вид, изображен-

ный на рис. 3.21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

p

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

q

, 0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

O

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

x

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.21. Графики функций y x q ,

p – четное,

q – нечетное:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а – 0

 

p

1; б

 

p

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

97

Если p и q

– нечетные числа, то функция

y q x p

определена

при x R,

E y R;

y 0

при x 0,

y 0

при

x 0,

y 0 при

x 0. Функция y – нечетная, возрастающая при всех x.

 

 

 

 

 

График функции имеет вид, приведенный на рис. 3.22.

 

 

 

 

 

 

 

y

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

p

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

y x q ,

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

q

, 0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.22. Графики функций y x q ,

p и q – нечетные:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а – 0

p

1; б

p

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

p – нечетное

число,

 

q – четное,

 

то

 

 

 

функция

 

p

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

 

x p q

q x p

определена на промежутке 0,

 

 

q

и y 0

при x 0.

Функция y

возрастает при

x 0

от 0

до

.

 

График

функции имеет вид, приведенный на рис. 3.23.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В частности, при

имеем

y x2 (или y2

x3 ) – ветвь по-

q

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лукубической параболы.

98

y

 

 

y

 

p

p

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

y x q ,

1

y x

q

, 0

1

 

 

 

q

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

O

x

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.23. Графики функций y x q ,

p – нечетное, q – четное:

 

 

 

 

 

а – 0

p

 

1; б

 

p

1

 

 

 

 

 

 

q

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть r

p

, где

p

 

и

q

– натуральные и взаимно простые

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

числа. Тогда y x

p

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

. Если

p – четное, q

– нечетное,

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q x p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x q

 

 

 

 

 

 

то D y , 0 0, . При этом функция y – четная, знако-

положительная, возрастающая при x 0 и убывающая при x 0. Координатные оси являются горизонтальной и вертикальной асимптотами графикаданнойфункции. Графикизображеннарис. 3.24, а.

Если p и q – нечетные

числа, то

D y , 0 0, ,

E y , 0 0, , y 0

при x 0,

y 0 при x 0. Функция

y – нечетная, убывающая на промежутках x , 0 и x 0, .

Оси координат являются асимптотамиграфикафункций (рис. 3.24, б). Если p – нечетное, q – четное, то D y 0, , E y 0, .

Функция убывающая, а координатные оси являются асимптотами ее графика (рис. 3.24, в).

99