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。