当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第一章 实数与函数 > 第五节 初等函数 > 初等函数
下面我们来把我们在微积分里面常用到的
一些简单函数做一下总结
这就是我们要介绍的第一章的第五节内容
我们把它起名字叫初等函数
所谓初等函数
实际上就是说
只牵扯到最基本的运算
或者是说只牵扯到我们最常见的简单函数
这样的函数
当然
就是我们再说得确切点
这里面要牵扯到所谓的基本初等函数
基本初等函数
什么叫基本初等函数
我们习惯上把这六类函数称为基本初等函数
比如说
常函数f(x)在它的定义域上恒等于常数C
然后
再一个是幂函数
就是f(x)等于x的α次方
第三个是指数函数
f(x)等于a的x次方
a>0,a不等于1
当然在微积分里面
我们经常处理的指数函数是
f(x)等于e的x次方
再一个就是指数函数的反函数
也就是对数函数
f(x)等于log以a为底x的对数
然后a是大于零不等于1的
同样的在微积分里边
我们经常处理的是所谓的自然对数
也就是以e为底的对数
以e为底的对数
然后
再一类就是所谓的三角函数
也就是f(x)=sinx或者是等于cosx
等于正切x,还有余切x
在微积分里面我们还会碰到所谓的正割x
也就是secx
secx它实际上是余弦函数的倒数
我们还会碰到所谓的余割函数
它实际上是正弦函数的倒数
这是所谓的三角函数
最后一类就是我们前面提到的
所谓的反三角函数
也就是f(x)=arcsinx
或者是arccosx
arctanx
等等
这六类函数因为在中学我们大部分都接触到了
只是反三角函数我们在中学没有专门讨论
但是前面我们也提到了反三角函数
它的定义域是什么
它的取值范围是什么
就是它表示的含义是什么
也就是说这六类函数关于定义域问题
关于简单性质指的主要是
单调性周期性等等这些问题
大家都应该是清楚的
这六类函数就是我们平时说的基本初等函数
那么处理函数问题
只要出现了基本初等函数
那我们认为这个问题我们就解决了
所谓的初等函数
我们是这样说的
由基本初等函数
经过有限次的加减乘除运算
或者是经过有限次的函数复合运算
得到的函数我们就叫初等函数
这里面
主要强调了两件事情
函数的组成是由基本初等函数组成
运算是四则运算和复合运算
而且运算次数都是有限的
实际上
在微积分里面
我们碰到的绝大部分函数是初等函数
当然
我们也会碰到一些特殊的非初等函数
比如说我们前面讨论的分段函数
分段函数一般就是非初等函数
再比如说我们前面提到的隐函数
尽管隐函数的一般概念
由于受到我们现在知识的约束
没有给出一般的定义
但是
隐函数一般来说也是非初等函数
比如说
我们在后面还会讨论到的
利用定积分定义的函数
也就变限定积分函数
再后面
我们接触到的
由无穷多个函数加起来得到的所谓的
函数性级数和函数等等
这些都是微积分里面我们会碰到的非初等函数
对我们来说
如果一个函数
它是由一个统一的表达式给出
而且表达式里面又没有无穷运算的时候
这个时候它往往是所谓的初等函数
我们之所以把初等函数单独提出来
因为初等函数在分析里面是有很好的性质
比如说
后面我们会介绍到初等函数在其定义域区间上
每一点都是连续函数
而且初等函数
它的导函数如果还是有的时候
仍然还是初等函数等等
这都是它的性质
然后在这个地方
我们介绍一类我们常见的初等函数
也就是所谓的双曲函数
双曲函数
在某些工科课程里面应该是常见的一类函数
在这我们只是简单的介绍一下什么叫双曲函数
以及一些常用的关系式
比如说
双曲函数它的定义
定义是这样子的
我们有双曲正弦
也就是给它写成sinhx
也就是在正弦函数的基础上加了一个h
h是双曲的第一个字母
它的定义就是
二分之一倍的e的x次方减掉e的-x次方
然后类似的双曲余弦
我们表示成coshx
它的定义是
二分之一倍的e的x次方加上e的-x次方
那当然我们有了双曲正弦,双曲余弦
我们还可以定义双曲正切
双曲正切也就是记成tanhx
它实际是双曲正弦除上双曲余弦
当然与三角函数类似
我们也可以定义它的双曲余切
以及双曲正割和双曲余割
其它的因为定义类似
我们就主要说这三个就可以了
实际上双曲函数是用指数函数
通过简单的加减乘除运算得到的一个初等函数
你比如说
对这三个函数
希望大家能够知道它的定义域是什么
因为对前面两个函数来说
它的定义域就是指数函数的定义域
当然是负无穷到正无穷
比如说它的奇偶性
大家能不能通过这个定义给它分析出来
双曲正弦是奇函数
双曲余弦是偶函数
而双曲正切它的定义域也是负无穷到正无穷
而且它是奇函数与偶函数的商
大家自然能够知道它仍然是一个奇函数
同时
大家根据指数函数的图像
也可以做一个简单地分析
能不能分析出
这三个函数它的图形大概是这个样子
对于双曲正弦来说它的图形定性的角度应该是
这么一个图形
而双曲余弦
因为它是个偶函数
它关于y轴对称
它的图形定性的大概是这个样子
这个点就是x取0时,它的函数值应该是1
应该是1
而双曲正切
也是根据指数函数的性质
我们能不能分析出是这个样子
这个应该是介于y=-1和y=1之间
关于双曲函数的图形
请大家在课下通过指数函数图像去做一些分析
当然到了我们学习了导数之后
也可以利用导数来继续讨论
它的图形为什么是这样子的
在这我们只是给出结论
第三个
关于双曲函数
从记号上大家知道
它借用了三角函数的记号
实际上双曲函数与三角函数的关系
不仅仅只是在记号上借用了
实际上在一些性质上
双曲函数与三角函数是有一些非常相似的性质
比如说
我们常用的关系式
我们在这里列举几个
比如双曲余弦它的平方减掉双曲正弦的平方
应该是等于1的
应该等于1的
还有就是说
关于x+y求双曲余弦
它应该等于coshxcoshy+sinhxsinhy
这个地方
请大家注意这个正负号
它当然跟两角和的余弦公式有些类似
但是这个正负号跟两角和的余弦公式是不同的
希望大家能够想到对双曲正弦来说
这样的关系也是有的
它应该是等于sinhxcoshy+coshxsinhy
我想这是我们常用的双曲函数的关系式
当然大家也可以像三角函数那样
说两倍的x的双曲余弦
我们在这尽管不能叫两倍角公式
但是大家可以仿照
余弦和正弦函数的倍角公式那样
去看一看他们的关系是什么
至于这三个关系式的证明作为练习
请大家自己推出
因为这里面只牵扯到了乘方运算
牵扯到了就是说
指数函数性质
直接把它的定义代进去
做一做
就可以推出来了
所以这个地方我们也是只给出结论
接下来
我们来解释一下它为什么叫双曲函数
双曲函数
实际上三角函数有时候咱也叫圆函数
因为三角函数可以与圆联系起来
或者说圆可以很简单的用三角函数表示出来
实际上我们平时的双曲线应该是这样子的
双曲线
双曲线就是说
x方除上a方减掉y方除上b方等于1
这个表示的是
中心在原点
然后焦点落在x轴上的双曲线方程
如果我们有了双曲函数的第一个恒等关系式之后
大家看一下
这个双曲线如果我们用双曲函数来表示的时候
可以这样表示
x=acosht
y=bsinht
双曲正弦t
t是参数
往这里面一代
它肯定满足这个关系式
这实际上就是双曲线的参数方程
但是这样我们只表示了x>0的情况
也就是我们只表示了双曲线的右半支
如果我们再写出来
x=-acosht
y=bsinht
那我们就得到了双曲线的另外一支的参数方程
正是因为
我们这个双曲函数与双曲线之间的这种关系
所以有时候我们给它叫双曲的
我想这是关于双曲函数这个名称的来由
当然跟三角函数一样
你这有反三角函数
那这双曲函数能不能求它的反函数
实际上从刚才我画的图大家可以看出来
双曲正弦它是个单调递增函数
它在整个定义域上是可以讨论反函数的
如果大家想一下
在前面
我们曾经讨论过
怎么样求一个函数的反函数
当时我给大家的例子
就是这个例子
y=二分之一倍的e的x次方减掉e的-x次方
那现在有了双曲函数之后
我们再来看这个例子
实际上当时就是求的双曲正弦函数的反函数
所以说双曲正弦函数的反函数
也就是arcsinhx应该就等于
lnx加上根下x方加1
那关于双曲余弦
因为它在整个定义域上实际上没有单调性
而且它是偶函数
说如果我们要想讨论它的反函数的时候
我们一定要限定取值范围
一般来说
我们是考虑0到正无穷上它的反函数
说这个表达式也请大家作为练习求一下
也就是说
大家作为一个练习
要求一求
y=二分之一倍的e的x次方加上e的-x次方
这个函数的反函数
这个时候注意我们限定的范围是在大于0的地方
当然双曲正切函数在整个定义域上
是单调递增函数
所以这样在整个定义域上
我们可以考虑它的反函数
我们也是来分解一个简单的代数方程
能够得到它的反函数的表达式
所以说关于反双曲正弦函数它的表达式问题
请大家自己给出
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习