幂函式

幂函式

幂函式是基本初等函式之一。

一般地,y=xα(α为有理数)的函式,即以底数为自变数,幂为因变数,指数为常数的函式称为幂函式。例如函式y=x0 、y=x1、y=x2、y=x-1(注:y=x-1=1/x、y=x0时x≠0)等都是幂函式。

    • 中文名:幂函式
    • 外文名:power function
    • 类型:基本初等函式
    • 适用範围:数理科学
    • 定义:形如y=x^a(a为常数)的函式

定义域和值域及其奇偶性

幂函式的一般形式是

,其中,a可为任何常数,但中学阶段仅研究a为有理数的情形(a为无理数时取其近似的有理数),这时可表示为

,其中m,n,k∈N*,且m,n互质。特别,当n=1时为整数指数幂。

(1)当m,n都为奇数,k为偶数时,如

等,定义域、值域均为R,为奇函式;

(2)当m,n都为奇数,k为奇数时,如

等,定义域、值域均为{x∈R|x≠0},也就是(-∞,0)∪(0,+∞),为奇函式;

(3)当m为奇数,n为偶数,k为偶数时,如

等,定义域、值域均为[0,+∞),为非奇非偶函式;

(4)当m为奇数,n为偶数,k为奇数时,如

等,定义域、值域均为(0,+∞),为非奇非偶函式;

(5)当m为偶数,n为奇数,k为偶数时,如

等,定义域为R、值域为[0,+∞),为偶函式;

(6)当m为偶数,n为奇数,k为奇数时,如

等,定义域为{x∈R|x≠0},也就是(-∞,0)∪(0,+∞),值域为(0,+∞),为偶函式。

性质

正值性质

当α>0时,幂函式y=xα有下列性质:

a、图像都经过点(1,1)(0,0);

b、函式的图像在区间[0,+∞)上是增函式;

c、在第一象限内,α>1时,导数值逐渐增大;α=1时,导数为常数;0<α<1时,导数值逐渐减小,趋近于0;

负值性质

当α<0时,幂函式y=xα有下列性质:

a、图像都通过点(1,1);

b、图像在区间(0,+∞)上是减函式;(内容补充:若为X-2,易得到其为偶函式。利用对称性,对称轴是y轴,可得其图像在区间(-∞,0)上单调递增。其余偶函式亦是如此)。

c、在第一象限内,有两条渐近线(即坐标轴),自变数趋近0,函式值趋近+∞,自变数趋近+∞,函式值趋近0。

零值性质

当α=0时,幂函式y=xa有下列性质:

a、y=x0的图像是直线y=1去掉一点(0,1)。它的图像不是直线。

讨论分析

由于x大于0是对α的任意取值都有意义的,因此下面给出幂函式在各象限的各自情况。可以看到:

(1)所有的图像都通过(1,1)这点.(α≠0) α>0时 图象过点(0,0)和(1,1)。

(2)单调区间:

当α为整数时,α的正负性和奇偶性决定了函式的单调性:

①当α为正奇数时,图像在定义域为R内单调递增;

②当α为正偶数时,图像在定义域为第二象限内单调递减,在第一象限内单调递增;

③当α为负奇数时,图像在第一三象限各象限内单调递减(但不能说在定义域R内单调递减);

幂函式的单调区间(当a为分数时)

④当α为负偶数时,图像在第二象限上单调递增,在第一象限内单调递减。

当α为分数时,α的正负性和分母的奇偶性决定了函式的单调性:

①当α>0,分母为偶数时,函式在第一象限内单调递增;

②当α>0,分母为奇数时,函式在第一、三象限各象限内单调递增;

③当α<0,分母为偶数时,函式在第一象限内单调递减;

④当α<0,分母为奇数时,函式在第一、三象限各象限内单调递减(但不能说在定义域R内单调递减);

(3)当α>1时,幂函式图形下凹(竖抛);

当0<α<1时,幂函式图形上凸(横抛)。

当α<0时,图像为双曲线。

(4)在(0,1)上,幂函式中α越大,函式图像越靠近x轴;在(1,﹢∞)上幂函式中α越大,函式图像越远离x轴。

(5)当α<0时,α越小,图形倾斜程度越大。

(6)显然幂函式无界限。

(7)α=2n(n为整数),该函式为偶函式 {x|x≠0}。

特性

对于α的取值为非零有理数,有必要分成几种情况来讨论各自的特性:

首先我们知道如果

,且

为既约分数(即p,q互质),q和p都是整数,则

,如果q是奇数,函式的定义域是R;如果q是偶数,函式的定义域是[0,+∞)。

当指数α是负整数时,设α=-k,则

,显然x≠0,函式的定义域是(-∞,0)∪(0,+∞)。因此可以看到x所受到的限制来源于两点,一是有可能作为分母而不能是0,一是有可能在偶数次的根号下而不能为负数,那么我们就可以知道:

α小于0时,x不等于0;

α的分母为偶数时,x不小于0;

α的分母为奇数时,x取R。

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