个人介绍
西部及其周边地区高校非数学专业数学基础课教师暑期研修班

主讲教师:

教师团队:共1

  • 魏战线
专业大类: 教育学
开课专业: 高等教育学

本系列分三方面以“高等数学、线性代数与空间解析几何、概率论与数理统计”课程为主,对教学内容的重点与难点进行剖析,加深学员对这些问题的理解,提高授课水平;结合数学软件包的使用,主要讲解如何进行数学实验和数学建模课程的教学;从目前大学数学基础课程教学内容出发,深入浅出,逐步地引导至现代数学的相关内容。

教师团队

魏战线

职称:教授

单位:西安交通大学

职位:教授

变量概述

在一个变化过程中,发生变化的量叫变量(数学中,常常为x,而y则随x值的变化而变化),有些数值是不随变量而改变的,我们称它们为常量。

自变量:函数一个与它量有关联的变量,这一量中的任何一值都能在它量中找到对应的固定值。

因变量(函数):随着自变量的变化而变化,且自变量取唯一值时,因变量(函数)有且只有唯一值与其相对应。

函数值:在y是x的函数中,x确定一个值,y就随之确定一个值,当x取a时,y就随之确定为b,b就叫做a的函数值。

映射定义

设A和B是两个非空集合,如果按照某种对应关系f,对于集合A中的任何一个元素a,在集合B中都存在唯一的一个元素b与之对应,那么,这样的对应(包括集合A,B,以及集合A到集合B的对应关系f)叫做集合A到集合B的映射(Mapping),记作f:A→B。其中,b称为a在映射f下的象,记作:b=f(a); a称为b关于映射f的原象。集合A中所有元素的象的集合记作f(A)。

则有:定义在非空数集之间的映射称为函数。

元素


输入值的集合X被称为f的定义域;可能的输出值的集合Y被称为f的值域。函数的值域是指定义域中全部元素通过映射f得到的实际输出值的集合。注意,把对应域称作值域是不正确的,函数的值域是函数的对应域的子集。

计算机科学中,参数和返回值的数据类型分别确定了子程序的定义域和对应域。因此定义域和对应域是函数一开始就确定的强制进行约束。另一方面,值域是和实际的实现有关。

函数性质

有界性

设函数f(x)的定义域为D,数集X包含于D。如果存在数K1,使得f(x)≤K1对任一x∈X都成立,则称函数f(x)在X上有上界,而K1称为函数f(x)在X上的一个上界。如果存在数K2,使得f(x)≥K2对任一x∈X都成立,则称函数f(x)在X上有下界,而K2称为函数f(x)在X上的一个下界。如果存在正数M,使得|f(x)|≤M对任一x∈X都成立,则称函数f(x)在X上有界,如果这样的M不存在,就称函数f(x)在X上无界。

函数f(x)在X上有界的充分必要条件是它在X上既有上界又有下界。

单调性

设函数f(x)的定义域为D,区间I包含于D。如果对于区间I上任意两点x1及x2,当x1<x2时,恒有f(x1)<f(x2),则称函数f(x)在区间I上是单调递增的;如果对于区间I上任意两点x1及x2,当x1<x2时,恒有f(x1)>f(x2),则称函数f(x)在区间I上是单调递减的。单调递增和单调递减的函数统称为单调函数。

奇偶性

设f(x)为一个实变量实值函数,则f(x)为奇函数若下列的方程对所有实数x都成立:

f( -x) =- f(x) 几何上,一个奇函数关于原点对称,亦即其图像在绕原点做180度旋转后不会改变。

奇函数的例子有x、sin(x)、sinh(x)和erf(x)。

设f(x)为一实变量实值函数,则f(x)为偶函数若下列的方程对所有实数x都成立:

f(x) =f( -x) 几何上,一个偶函数关于y轴对称,亦即其图在对y轴为镜射后不会改变。

偶函数的例子有|x|、x^2、cos(x)和cosh(sec)(x)。

偶函数不可能是个双射映射。

周期性

设函数f(x)的定义域为D。如果存在一个正数T,使得对于任一x∈D有(x士T)∈D,且f(x+T)=f(x)恒成立,则称f(x)为周期函数,T称为f(x)的周期,通常我们说周期函数的周期是指最小正周期。周期函数的定义域 D 为至少一边的无界区间,若D为有界的,则该函数不具周期性。

并非每个周期函数都有最小正周期,例如狄利克雷(Dirichlet)函数。

连续性

在数学中,连续是函数的一种属性。直观上来说,连续的函数就是当输入值的变化足够小的时候,输出的变化也会随之足够小的函数。如果输入值的某种微小的变化会产生输出值的一个突然的跳跃甚至无法定义,则这个函数被称为是不连续的函数(或者说具有不连续性)。

设f是一个从实数集的子集射到 的函数:。f在中的某个点c处是连续的当且仅当以下的两个条件满足:

f在点c上有定义。c是中的一个聚点,并且无论自变量x在中以什么方式接近c,f(x) 的极限都存在且等于f(c)。我们称函数到处连续或处处连续,或者简单的连续,如果它在其定义域中的任意点处都连续。更一般地,我们说一个函数在它定义域的子集上是连续的当它在这个子集的每一点处都连续。

不用极限的概念,也可以用下面所谓的 方法来定义实值函数的连续性。

仍然考虑函数。假设c是f的定义域中的元素。函数f被称为是在c点连续当且仅当以下条件成立:

对于任意的正实数,存在一个正实数δ> 0 使得对于任意定义域中的,只要x满足c - δ< x < c + δ,就有成立。

凹凸性

设函数f(x)在I上连续。如果对于I上的两点x1≠x2,恒有f((x1+x2)/2)≤(f(x1)+f(x2))/2,(f((x1+x2)/2)<(f(x1)+f(x2))/2)那么称f(x)是区间I上的(严格)凸函数;如果恒有f((x1+x2)/2)≥(f(x1)+f(x2))/2,(f((x1+x2)/2)>(f(x1)+f(x2))/2)那么称f(x)是区间上的(严格)凹函数。

实函数或虚函数

实函数(Real function),指定义域和值域均为实数域的函数。实函数的特性之一是可以在坐标上画出图形。

虚函数是面向对象程序设计中的一个重要的概念。当从父类中继承的时候,虚函数和被继承的函数具有相同的签名。但是在运行过程中,运行系统将根据对象的类型,自动地选择适当的具体实现运行。虚函数是面向对象编程实现多态的基本手段。

增减性

依y=f(x),μ=φ(x)的增减性决定。即“增增得增,减减得增,增减得减”,可以简化为“同增异减”。

判断复合函数的单调性的步骤如下:(1)求复合函数定义域;(2)将复合函数分解为若干个常见函数(一次、二次、幂、指、对函数);(3)判断每个常见函数的单调性;(4)将中间变量的取值范围转化为自变量的取值范围;(5)求出复合函数的单调性。

例如:讨论函数y=0.8^(x²-4x+3)的单调性。

解:函数定义域为R。

令u=x²-4x+3,y=0.8^u。

指数函数y=0.8^u在(-∞,+∞)上是减函数,

u=x²-4x+3在(-∞,2]上是减函数,在[2,+∞)上是增函数,

由同增异减

∴函数y=0.8^(x²-4x+3)在(-∞,2]上是增函数,在[2,+∞)上是减函数。

利用复合函数求参数取值范围

求参数的取值范围是一类重要问题,解题关键是建立关于这个参数的不等式组,必须将已知的所有条件加以转化。

参考教材


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