高中數學複合函數深入淺出全面歸納

2021-01-08 思恩試卷

高中數學複合函數深入淺出全面歸納

假如披薩是外函數,菠蘿是內函數,那麼披薩(菠蘿)是什麼?假如菠蘿是外函數,披薩是內函數,那麼菠蘿(披薩)又是什麼樣的?

1.複合函數的定義

如果y是u的函數,u又是x的函數,即y=f(u),u=g(x),那麼y關於x的函數y=f(g(x))叫做函數y=f(u)(外函數)和u=g(x)(內函數)的複合函數,其中u是中間變量,自變量為x,函數值為y。

理解複合函數的定義∶

假如披薩是外函數,菠蘿是內函數,那麼披薩(菠蘿)就是菠蘿餡料的披薩;

假如菠蘿是外函數,披薩是內函數,那麼菠蘿(披薩)就是菠蘿上面擺放幾塊小披薩。

2.複合函數定義域

(1)複合函數的定義域,就是複合函數y=f(g(x))中x的取值範圍。

(2)在外函數y=f(u),內函數u=g(x),複合函數y=f(g(x))中,

x稱為直接變量,u稱為中間變量,u的取值範圍即為g(x)的值域。

(3)f(g(x))與g(f(x))表示不同意義的複合函數。

(4)若函數y=f(u)的定義域是B,u=g(x)的定義域是A,則複合函數y=f(g(x))的定義域是 D={x|x∈A,且g(x)∈B} 綜合考慮各部分的x的取值範圍,取他們的交集。

① 已知f(x)的定義域為(a,b),求 f(g(x))的定義域的方法∶

已知f(x)的定義域為(a,b),求f(g(x))的定義域。實際上是已知中間變量的u的取值範圍,即 u∈(a,b),g(x)∈(a,b)。通過解不等式a<g(x)<b求得x的範圍,即為f(g(x)的定義域。

② 已知f(g(x))的定義域為(a,b),求f(x)的定義域的方法∶

若已知f(g(x))的定義域為(a,b),求f(x)的定義域。實際上是已知直接變量X的取值範圍,即x∈(a,b)。先利用a<x<b求得g(x)的範圍,則g(x)的範圍即是f(x)的定義域。

3.求函數的定義域主要應考慮以下幾點

(1)當為整式或奇次根式時 ,R為值域;

(2)當為偶次根式時,被開方數不小於0(即≥0);

(3)當為分式時,分母不為0;當分母是偶次根式時,被開方數大於0;

(4)當為指數式時,對零指數冪或負整數指數冪,底不為0。

(5)當是由一些基本函數通過四則運算結合而成的,它的定義域應是使各部分都有意義的自變量的值組成的集合,即求各部分定義域集合的交集。

(6)分段函數的定義域是各段上自變量的取值集合的併集。

(7)由實際問題建立的函數,除了要考慮使解析式有意義外,還要考慮實際意義對自變量的要求。

(8)對於含參數字母的函數,求定義域時一般要對字母的取值情況進行分類討論,並要注意函數的定義域為非空集合。

(9)對數函數的真數必須大於零,底數大於零且不等於1。

(10)三角函數中的切割函數要注意對角變量的限制。

4.複合函數單調性

由y=f(u),μ=g(x)的單調性來決定。即"增+增=增;減+減=增;增+減=減;減+增=減", 可以簡化為"同增異減"。

"同增異減"的含義就是:如果f(u)與g(x)同為增函數或同為減函數,則f(g(x))在其定義域上為增函數;如果如果f(u)與g(x)中一個是增函數另一個是減函數,則f(g(x))在其定義域上為減函數。

(1)求複合函數的定義域;

(2)將複合函數分解為若干個常見函數(一次、二次、冪、指、對函數);

(3)判斷每個常見函數的單調性;

(4)將中間變量的取值範圍轉化為自變量的取值範圍;

(5)求出複合函數的單調性。

5.複合函數的奇偶性與周期性

奇偶性由f(g(x))的定義域,以及y=f(u),μ=g(x)的奇偶性來決定。

即"一偶則偶,同奇則奇"。

"一偶則偶,同奇則奇"的含義就是:

(1)如果f(g(x))的定義域關於原點對稱,則f(g(x))才可能是奇函數或偶函數。否則就是非奇非偶函數。注意這一點是判斷奇偶性的前提。

(2)如果f(u)與g(x)中至少有一個是偶函數,則f(g(x))為偶函數;如果如果f(u)與g(x)都是奇函數,則f(g(x))是奇函數。

複合函數的周期性口訣:設y=f(u)的最小正周期為T1,u=g(x)的最小正周期為T2,則f(g(x)的最小正周期為T1*T2,任一周期可表示為k*T1*T2(k屬於R+)。

6.求與複合函數相關的函數解析式

①已知f(x)求複合函數f(g(x))的解析式,直接把f(x))中的x換成g(x)即可。

②已知f(g(x))求f(x)的常用方法有∶ 配湊法和換元法。

配湊法∶就是在f(g(x))中把關於變量x的表達式先湊成g(x)整體的表達式,再直接把g(x)換成x而得f(x)。

換元法∶就是先設g(x)=t,從中解出x(即用t表示x),再把x(關於t的式子)直接代入 f(g(x))中消去x得到f(t),最後把f(t)中的t直接換成x即得f(x)。

7.複合函數求導方法

複合函數求導公式:若y=f(g(x)),則y′=[f(g(x))]′=f′(g(x))·g′(x)。

例如:y=(2x+3)^2可以看做是y=u^2與u=2x+3的複合函數,根據複合函數求導公式得:

y′=[f(g(x))]′=f′(g(x))·g′(x)=(u^2)′·(2x+3)′=2u·2=4u=8x+12。

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