複合函式

複合函式

設函式y=f(u)的定義域為Du,值域為Mu,函式u=g(x)的定義域為Dx,值域為Mx,如果Mx∩Du≠Ø,那么對於Mx∩Du內的任意一個x經過u;有唯一確定的y值與之對應,則變數x與y之間通過變數u形成的一種函式關係,這種函式稱為複合函式(composite function),記為:y=f[g(x)],其中x稱為自變數,u為中間變數,y為因變數(即函式)。

基本信息

定義

設函式Y=f(u)的定義域為D,函式u=φ(x)的值域為Z,如果D∩Z,則y通過u構成x的函式,稱為x的複合函式,記作Y=f[φ(x)]。x為自變數,y為因變數,而u稱為中間變數。

複合函式 複合函式

如等都是複合函式。

複合函式 複合函式

而就不是複合函式,因為任何x都不能使y有意義。由此可見,不是任何兩個函式放在一起都能構成一個複合函式。

複合函式通俗地說就是函式套函式,是把幾個簡單的函式複合為一個較為複雜的函式。複合函式中不一定只含有兩個函式,有時可能有兩個以上,如y=f(u),u=φ(v),v=ψ(x),則函式y=f{φ[ψ(x)]}是x的複合函式,u、v都是中間變數。

定義域

若函式 y= f( u)的定義域是B, u= g( x)的定義域是A,則複合函式 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。

求函式的定義域主要應考慮以下幾點:

⑴當為整式或奇次根式時,R的值域;

⑵當為偶次根式時,被開方數不小於0(即≥0);

⑶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;

⑷當為指數式時,對零指數冪或負整數指數冪,底不為0(如,中)。

⑸當是由一些基本函式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數的值組成的集合,即求各部分定義域集合的交集。

⑹分段函式的定義域是各段上自變數的取值集合的並集。

⑺由實際問題建立的函式,除了要考慮使解析式有意義外,還要考慮實際意義對自變數的要求

⑻對於含參數字母的函式,求定義域時一般要對字母的取值情況進行分類討論,並要注意函式的定義域為非空集合。

⑼對數函式的真數必須大於零,底數大於零且不等於1。

⑽三角函式中的切割函式要注意對角變數的限制。

周期性

設y=f(u)的最小正周期為T,μ=φ(x)的最小正周期為T,則y=f(μ)的最小正周期為T*T,任一周期可表示為k*T*T(k屬於R).

單調(增減)性

決定因素

依y=f(u),μ=φ(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”。

基本步驟

判斷複合函式的單調性的步驟如下

⑴求複合函式的定義域;

⑵將複合函式分解為若干個常見函式(一次、二次、冪、指、對函式);

⑶判斷每個常見函式的單調性;

⑷將中間變數的取值範圍轉化為自變數的取值範圍;

⑸求出複合函式的單調性。

例題

複合函式 複合函式

例如:討論函式y= 的單調性。

解:函式定義域為R;

令u=x -4x+3,y=0.8 ;

指數函式y=0.8 在(-∞,+∞)上是減函式;

u=x -4x+3在(-∞,2]上是減函式,在[2,+∞)上是增函式;

複合函式 複合函式

∴ 函式y= 在(-∞,2]上是增函式,在[2,+∞)上是減函式。

複合函式求導

規則

複合函式求導的前提:複合函式本身及所含函式都可導。

法則1:設u=g(x),對f(u)求導得:f'(x)=f'(u)*g'(x);

法則2:設u=g(x),a=p(u),對f(a)求導得:f'(x)=f'(a)*p'(u)*g'(x);

複合函式的導數 複合函式的導數

套用舉例

1、求:函式f(x)=(3x+2) +3的導數。

解:設u=g(x)=3x+2;

f(u)=u +3;

f'(u)=3u =3(3x+2) ;

g'(x)=3;

f'(x)=f'(u)*g'(x)=3(3x+2) *3=9(3x+2) ;

複合函式 複合函式

2、求f(x)= 的導數。

解:設u=g(x)=x-4,a=p(u)=u +25

複合函式 複合函式

f(a)= ;

複合函式 複合函式
複合函式 複合函式

f'(a)= = ;

p'(u)=2u=2(x-4);

g'(x)=1;

複合函式 複合函式
複合函式 複合函式

f'(x)=f'(a)*p'(u)*g'(x)= = .

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