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函数是高中数学的核心概念之一。简单来说,函数描述的是两个非空数集之间的特定对应关系。在我们的日常生活中,函数关系随处可见。比如,一天中时间与温度的关系,购买商品时数量与总价的关系,汽车行驶时间与路程的关系等等。这些都可以用函数来描述和分析。
现在我们来看函数的严格定义。设A和B是两个非空的数集,如果按照某种对应关系f,对于集合A中的每一个元素x,在集合B中都有唯一确定的元素y与之对应,那么就称f是从集合A到集合B的一个函数,记作y等于f(x),x属于A。这个定义中有两个关键词:每一个,强调定义域中的所有元素都要有对应的输出;唯一确定,强调一个输入只能对应一个输出,这是函数区别于一般对应关系的核心特征。
函数由三个基本要素组成,缺一不可。第一个要素是定义域,也就是自变量x的取值范围,通常记作集合A。第二个要素是值域,即因变量y的实际取值范围,它是集合B的一个子集。第三个要素是对应关系,指将定义域中的元素x映射到值域中对应元素y的具体法则f。这三个要素共同确定了一个完整的函数,任何一个要素的改变都会产生不同的函数。
函数有三种主要的表示方法。第一种是解析式法,用数学表达式来表示函数关系,比如y等于2x加1,或者y等于x的平方,这是最常用的方法。第二种是列表法,用表格的形式列出部分自变量的值及对应的函数值,比如列车时刻表、银行利率表等。第三种是图像法,用坐标系中的曲线来表示函数关系,通过图像可以直观地看出函数的性质。要判断一个图像是否表示函数,可以用垂直线检验法:任意一条垂直于x轴的直线最多与图像相交于一点。
最后我们来看判断两个函数是否为同一函数的标准。必须同时满足两个条件:定义域相同和对应关系相同。让我们通过例子来理解。第一个例子,f(x)等于x与g(x)等于x的平方除以x。虽然化简后对应关系相同,但f的定义域是实数集R,而g的定义域是R去掉0,定义域不同,所以它们不是同一函数。第二个例子,f(x)等于x与g(x)等于根号x的平方。在定义域为0到正无穷时,它们的定义域和对应关系都相同,是同一函数。但如果定义域扩展到整个实数集,由于根号x的平方等于x的绝对值,对应关系就不同了,因此不是同一函数。