引入
函数的图像有各种形状,哪些性质是”整体”的,哪些是”局部”的?
为什么”有上界”和”有最大值”不是一回事?
奇偶性和周期性,为什么都能用式子 或 精确描述?
正文
定义
函数的性质是函数在定义域上表现出的整体特征,主要包括单调性、奇偶性、有界性、周期性、最值。
单调性
定义
设 在区间 上有定义。若对任意 都有 ,则称 在 上严格递增;若 ,则称严格递减。
| 判别方法 | 适用 |
|---|---|
| 定义法 | 理论证明 |
| 导数法 | 递增, 递减 |
| 图像法 | 直观判断 |
| 复合函数法 | 同增异减 |
“同增异减” 指复合函数 :若内外层单调性相同,则复合后递增;相反则递减。
导数法的依据是 微分中值定理:,故 时 。
奇偶性
定义
若对定义域内任意 ,都有 ,则 为偶函数;若 ,则 为奇函数。
| 性质 | 偶函数 | 奇函数 |
|---|---|---|
| 对称性 | 关于 轴对称 | 关于原点对称 |
| 定义域 | 必须关于原点对称 | 必须关于原点对称 |
| 特殊值 | — | 若 在定义域内, |
| 例子 | 、、 | 、、 |
定义域关于原点对称是前提。 在 上既不是奇函数也不是偶函数,因为定义域不对称。
既奇又偶的函数只有一个:(定义域关于原点对称)。
有界性
定义
若存在 ,使对定义域内任意 都有 ,则称 在该集合上有界。
| 概念 | 定义 |
|---|---|
| 有上界 | 存在 ,使 |
| 有下界 | 存在 ,使 |
| 上确界 | 最小的上界 |
| 下确界 | 最大的下界 |
“有界”与”有最值”不同:
| 函数 | 有界 | 有最值 |
|---|---|---|
| , | 是 | 否 |
| , | 否 | 否 |
| 是 | 是() |
在 上有界(界为 ),但取不到 ,所以没有最大值。上确界存在不等于最大值存在。
闭区间上的连续函数必有最值,这是极值定理的内容,详见 函数的连续性。
周期性
定义
若存在 ,使对定义域内任意 都有 ,则称 为周期函数, 为一个周期。最小的正周期称为最小正周期。
| 函数 | 最小正周期 |
|---|---|
| 、 | |
| 常函数 | 无最小正周期 |
常函数是周期函数但无最小正周期:任何正数都是它的周期。
最值
| 概念 | 定义 |
|---|---|
| 最大值 | 存在 ,使 对所有 成立 |
| 极大值 | 存在邻域,使 在该邻域内成立 |
极大值是局部概念,最大值是整体概念。一个函数可以有多个极大值,但最大值至多一个。
详见 函数的极值。
性质之间的关系
| 关系 | 说明 |
|---|---|
| 奇偶性 对称性 | 奇函数关于原点,偶函数关于 轴 |
| 周期性 + 单调性 | 周期函数不可能在整条定义域上单调 |
| 有界性 有最值 | 开区间上的连续函数 |
| 可导 连续 | 反之不成立 |
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| ”有界就有最大值” | 开区间上可能取不到 |
| ”奇函数一定过原点” | 需 在定义域内 |
| ”周期函数都有最小正周期” | 常函数没有 |
| ”单调函数一定可导” | 可能有尖点 |
| ”极大值就是最大值” | 极大值是局部概念 |
引出
为什么闭区间上的连续函数一定有最大值,而开区间上不一定?
上确界与最大值的差别,在实数完备性中如何体现?
奇偶性与傅里叶级数有什么关系?