初等函数的定义与分类
定义
定义是对概念、术语或对象含义的精确描述。理解定义是学习任何知识领域的基础,每个概念都有其明确的定义。
- 代数函数:只包含代数运算(加、减、乘、除、开方)的函数
- 超越函数:包含超越运算(指数、对数、三角函数)的函数
代数函数例子
- 多项式函数
- 有理函数
- 无理函数
超越函数例子
- 指数函数
- 对数函数
- 三角函数
- 复合函数
练习 1
判断下列函数哪些是初等函数:,,,。
解题思路:
先明确初等函数的判定标准——由基本初等函数经有限次四则运算和复合运算得到;再把四个函数逐一对照标准归类。
详细步骤:
- 判定标准:幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数等基本初等函数,经有限次四则运算和复合运算得到的函数称为初等函数。
- 是幂函数、 是三角函数、 是对数函数,三者本身就是基本初等函数,因此都是初等函数。
- 是伽马函数,属于特殊函数,无法由基本初等函数经有限次四则运算和复合运算得到,因此不是初等函数。
最终答案:
、、 是初等函数, 不是(伽马函数为特殊函数)。
练习 2
下列函数中哪些属于代数函数:,,,。
解题思路:
代数函数的判定标准是表达式中只出现加、减、乘、除和开方等代数运算,不含指数、对数、三角等超越运算;据此逐个归类。
详细步骤:
- 代数函数只允许代数运算(加、减、乘、除、开方)出现,一旦出现超越运算即不属于代数函数。
- 只含开方运算, 只含四则运算,两者都是代数函数。
- 含指数运算、 含三角运算,都属于超越函数而不是代数函数。
最终答案:
、 是代数函数,、 不是。
练习 3
下列函数中哪些属于超越函数:,,,。
解题思路:
超越函数的判定标准是表达式中出现指数、对数、三角等超越运算;把四个函数按是否含超越运算逐个对照。
详细步骤:
- 超越函数必须含有指数、对数、三角函数等超越运算,它与代数函数构成初等函数的二分。
- 含对数运算、 含三角运算,二者都是超越函数。
- 只含乘方与加减、 只含开方,都属于代数函数,因此不是超越函数。
最终答案:
、 是超越函数,、 不是。
练习 4
判断 属于哪类初等函数,并说明理由。
解题思路:
先看表达式中出现了哪些超越运算,再看这些超越函数是如何组合的,从而确定它在初等函数分类中的位置。
详细步骤:
- 的外层是指数函数 ,内层是三角函数 ,属于复合结构。
- 指数运算和三角运算都是超越运算,只要含超越运算的函数就归入超越函数。
- 复合运算本身也是初等函数的构造方式,所以 本身仍是初等函数,同时在代数与超越的分类中属于超越函数。
最终答案:
属于超越函数,因为包含指数和三角函数的复合。
练习 5
判断 属于哪类初等函数,并说明理由。
解题思路:
按代数函数的判定标准逐项检查表达式中出现的运算类型,判断它是否属于超越函数一类。
详细步骤:
- 表达式 中出现加法、乘方和开方三种运算,都在代数运算的范围内。
- 表达式中没有出现指数、对数、三角等超越运算,因此不满足超越函数的条件。
- 根式又可写成幂运算 ,仍然是幂函数与一次函数的复合,仍属于代数函数。
最终答案:
属于代数函数,因为只涉及代数运算和开方。
练习 6
下列函数中,哪些是超越函数?
(A)
(B)
(C)
(D)
解题思路:
把四个选项的表达式逐个与超越函数的判定标准对照,含指数、对数、三角运算的即为超越函数。
详细步骤:
- (A) 只含乘方运算,属于代数函数。
- (B) 含三角运算,属于超越函数。
- (C) 含对数运算,属于超越函数。
- (D) 只含开方运算,属于代数函数。
最终答案:
(B)、(C) 是超越函数,(A)、(D) 不是。
练习 7
判断 是否为代数函数,并说明理由。
解题思路:
检查分式表达式的每一部分是否只出现代数运算,从而判断它属于代数函数还是超越函数。
详细步骤:
- 分子 只含乘方与加法,是多项式,属于代数函数。
- 分母 只含减法,是一次多项式,属于代数函数。
- 分子与分母相除仍然只用四则运算,整个表达式不含任何超越运算,所以它是有理函数,也属于代数函数。
最终答案:
是代数函数,因为它只涉及加、减、乘、除等代数运算。
练习 8
判断 属于哪类初等函数,并说明理由。
解题思路:
从表达式中出现的运算类型出发,先确定它在哪一类中,再说明这一复合结构为何仍属于初等函数。
详细步骤:
- 中含指数运算与三角运算,两者都属于超越运算。
- 只要含超越运算的函数即归入超越函数,因此该函数是超越函数。
- 从初等函数的构造看,指数函数 与三角函数 都是基本初等函数,两者复合仍是初等函数,所以它在初等函数体系之内,同时归类为超越函数。
最终答案:
属于超越函数,因为包含指数和三角函数的复合。
本文出现的符号
| 符号 | 类型 | 读音/说明 | 在本文中的含义 |
|---|---|---|---|
| 数学符号 | f of x | 函数记号,表示以 为自变量的函数 | |
| 数学符号 | Gamma of x | 伽马函数,特殊函数,不属于初等函数 | |
| 数学符号 | e to the power x | 自然指数函数 | |
| 数学符号 | natural log of x | 自然对数函数 | |
| 数学符号 | sine of x | 正弦函数 | |
| 数学符号 | e to the power sine x | 指数函数和三角函数的复合函数 | |
| 数学符号 | square root of x | 平方根函数 |
中英对照
| 中文术语 | 英文术语 | 音标 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 初等函数 | elementary function | /ˌelɪˈmentəri ˈfʌŋkʃən/ | 由基本初等函数通过有限次四则运算和复合运算得到的函数 |
| 基本初等函数 | basic elementary function | /ˈbeɪsɪk ˌelɪˈmentəri ˈfʌŋkʃən/ | 常数函数、幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数等 |
| 代数函数 | algebraic function | /ældʒɪˈbreɪɪk ˈfʌŋkʃən/ | 只包含代数运算(加、减、乘、除、开方)的函数 |
| 超越函数 | transcendental function | /trænsenˈdentəl ˈfʌŋkʃən/ | 包含超越运算(指数、对数、三角函数)的函数 |
| 四则运算 | four arithmetic operations | /fɔː əˈrɪθmətɪk ˌɒpəˈreɪʃənz/ | 加、减、乘、除四种基本运算 |
| 复合运算 | composition operation | /ˌkɒmpəˈzɪʃən ˌɒpəˈreɪʃən/ | 函数的复合运算 |
| 多项式函数 | polynomial function | /ˌpɒlɪˈnəʊmiəl ˈfʌŋkʃən/ | 形如 的函数 |
| 有理函数 | rational function | /ˈræʃənəl ˈfʌŋkʃən/ | 两个多项式函数的商 |
| 无理函数 | irrational function | /ɪˈræʃənəl ˈfʌŋkʃən/ | 包含根式的函数 |
| 伽马函数 | gamma function | /ˈɡæmə ˈfʌŋkʃən/ | 特殊函数,不属于初等函数 |
