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2.3 Functions - 教材全解

函数 - 掌握函数的核心定义、定义域/值域、函数运算与方程求解,以及配方法、换元法在函数中的应用

一、函数的核心定义与要素

函数本质:将每个输入值(来自定义域(Domain))唯一映射到输出值(属于值域(Range))的数学关系,用$$ f(x) $$表示"关于$$ x $$的函数"。

定义域与值域

函数的根:使$$ f(x) = 0 $$的$$ x $$值(函数图像与$$ x $$-轴交点的横坐标)。

二、函数的基础应用:求值与方程求解

示例(Example 8)

已知$$ f(x) = 2x - 10 $$,$$ g(x) = x^2 - 9 $$($$ x \in \mathbb{R} $$)。

a) 求值:$$ f(5) = 2 \times 5 - 10 = 0 $$;$$ g(10) = 10^2 - 9 = 91 $$。

b) 解方程$$ f(x) = g(x) $$:
列方程$$ 2x - 10 = x^2 - 9 $$,整理为$$ x^2 - 2x + 1 = 0 $$,因式分解得$$ (x - 1)^2 = 0 $$,解得$$ x = 1 $$。

三、配方法在函数中的应用(顶点式、根、最值)

通过配方法将二次函数化为"顶点式",可直接分析根、最值等性质。

示例(Example 9)

函数$$ f(x) = x^2 + 6x - 5 $$($$ x \in \mathbb{R} $$)。

a) 化为顶点式:对$$ x^2 + 6x $$配方,得$$ f(x) = (x + 3)^2 - 14 $$。

b) 求根:令$$ (x + 3)^2 - 14 = 0 $$,开平方得$$ x = -3 \pm \sqrt{14} $$。

c) 求最值:由$$ (x + 3)^2 \geq 0 $$,当$$ x = -3 $$时,$$ f(x) $$取最小值$$ -14 $$。

四、高次函数的根:换元法(化高次为二次)

对次数高于2的函数,通过换元法转化为二次方程求解。

示例(Example 10)

求$$ f(x) = x^6 + 7x^3 - 8 $$的根。

令$$ u = x^3 $$,函数化为$$ u^2 + 7u - 8 $$,因式分解得$$ (u - 1)(u + 8) $$。

回代$$ u = x^3 $$,得$$ x^3 = 1 $$或$$ x^3 = -8 $$,解得$$ x = 1 $$或$$ x = -2 $$。