微积分 · 追问笔记
THE CALCULUS LIFESAVER / 第 1 章

函数、图像与直线

把函数看作带有输入限制的规则,并能在公式、集合与图像之间转换。

5 组核心追问3 组练习原书 pp. 1–24

先修:会解一元方程与不等式

这一章怎么读
  1. 先看问题,暂停一下,用自己的话作答。
  2. 卡住时只展开提示,再阅读推理与公式。
  3. 独立做三组练习;隔一天不看解答重做错题。

建议将一章分成数次学习;以能解释理由、独立做题为进度标准。

本章目录1.1 函数与定义域1.2 反函数1.3 复合函数1.4 奇函数与偶函数1.5–1.6 直线与常见图像
追问 01

1.1 函数与定义域

同一个公式是否一定表示同一个函数?

先看一个提示

比较定义在全体实数和非负实数上的平方函数。

展开推理与讲解

函数必须为每个允许的输入指定唯一输出。定义域是允许输入的集合,陪域是预先指定的输出集合,值域是实际达到的输出。求自然定义域时,要同时满足分母非零、偶次根号内非负、对数真数为正;最后取交集。区间圆括号排除端点,方括号包含端点,无穷大不能作可取端点。竖线检验判断一个图像是否为函数。

f:DY,f(D)Yf:D\to Y,\quad f(D)\subseteq Y
追问 02

1.2 反函数

为什么平方后不能总是唯一地找回输入?

先看一个提示

输出 4 对应哪些实数输入?

展开推理与讲解

反函数要求原函数在所用定义域上一一对应到其值域;图像满足水平线检验。先写 y=f(x)y=f(x),解出 xx,再交换变量角色。反函数的定义域等于原函数值域,图像关于 y=xy=x 对称。平方函数限制在 [0,)[0,\infty) 后反函数是正平方根,限制在 (,0](-\infty,0] 后则是负平方根。

f1(f(x))=x,(f1)1=ff^{-1}(f(x))=x,\quad (f^{-1})^{-1}=f
追问 03

1.3 复合函数

先开平方再平方,与先平方再开平方一样吗?

先看一个提示

不仅比较结果,还比较哪些输入允许进入第一步。

展开推理与讲解

复合从内层向外层执行,外层必须接受内层输出。f(x)=x2,g(x)=xf(x)=x^2,g(x)=\sqrt{x} 时,f(g(x))=xf(g(x))=x 仅在 x0x\ge0 上成立,而 g(f(x))=xg(f(x))=\lvert x\rvert 在全体实数上成立。公式约简不能自动扩大原表达式定义域。

Dfg={xDg:g(x)Df}D_{f\circ g}=\{x\in D_g:g(x)\in D_f\}
追问 04

1.4 奇函数与偶函数

图像对称性如何写成可以检验的等式?

先看一个提示

xx 换成 x-x,同时检查定义域对称。

展开推理与讲解

偶函数关于纵轴对称,奇函数关于原点对称;两者都要求定义域关于零对称。常见偶函数有平方、绝对值,奇函数有立方。零函数既奇又偶;大多数函数两者都不是。检验不能只靠几个点,也不能忽略定义域。

f(x)=f(x)f(x)=f(x)f(-x)=f(x)\quad\text{或}\quad f(-x)=-f(x)
追问 05

1.5–1.6 直线与常见图像

知道一点和斜率,怎样恢复整条直线?

先看一个提示

任取第二点,比较纵向变化与横向变化。

展开推理与讲解

斜率是变化比,点斜式比死记截距更直接。复习幂函数、倒数函数、指数和对数图像时,依次找定义域、截距、正负、对称和端部趋势。f(x)\lvert f(x)\rvert 把横轴下方图像向上翻折;f(x)f(\lvert x\rvert) 则把右半幅镜像到左边,两种操作不同。

m=y2y1x2x1,yy0=m(xx0)m=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1},\qquad y-y_0=m(x-x_0)

本章练习 · 先尝试,再揭示

本书没有独立章末习题集。以下明确区分原书例题、正文结论改编及补充自测;页码是印刷页码,链接另标 PDF 页序。延伸问法已在题目或解答中说明。

练习 1 / 3

原书例题重述 · 1.2.2–1.2.3 · 原书 p. 9(PDF 第 34 页)↗

f(x)=x3f(x)=x^3 的反函数;说明 g(x)=x2g(x)=x^2 怎样限制定义域才能有反函数。

写下我的思路
提示一 · 从哪里开始

y=x3y=x^3 解出输入。

提示二 · 关键转折

平方函数应只保留其中一侧。

参考解答 · 完成尝试后再展开

立方函数在实数上严格递增且值域为实数,故 f1(x)=x3f^{-1}(x)=\sqrt[3]{x}。平方函数在全实数上不单射;取 [0,)[0,\infty) 时逆为 x\sqrt{x},取 (,0](-\infty,0] 时逆为 x-\sqrt{x},两者逆函数的定义域均为 [0,)[0,\infty)

练习 2 / 3

原书例题重述 · 1.1.2 · 原书 p. 4(PDF 第 29 页)↗

k(x)=xk(x)=\sqrt{x} 的自然定义域和值域,并判断图像是否通过竖线检验。

写下我的思路
提示一 · 从哪里开始

平方根何时有实数值?

提示二 · 关键转折

给定非负输入,通常平方根符号指定哪个根?

参考解答 · 完成尝试后再展开

定义域与值域均为 [0,)[0,\infty)。符号 x\sqrt{x} 只表示非负平方根,每个允许输入仅有一个输出,因此通过竖线检验;不要把它误读成 ±x\pm\sqrt{x}

练习 3 / 3

补充自测 · 对应 1.3–1.5 · 本笔记编写

f(x)=1/xf(x)=1/xg(x)=x2g(x)=x-2,求 fgf\circ g 及其定义域,再求过 (2,3)(2,3)、斜率为 2-2 的直线。

写下我的思路
提示一 · 从哪里开始

先求内层,再排除使分母为零的输入。

提示二 · 关键转折

直线用点斜式。

参考解答 · 完成尝试后再展开

(fg)(x)=1/(x2)(f\circ g)(x)=1/(x-2),定义域为 R{2}\mathbb R\setminus\{2\}。直线 y3=2(x2)y-3=-2(x-2),即 y=2x+7y=-2x+7。前者不是直线;两者虽然都涉及输入 2,约束来源完全不同。

学习闭环

过关自查

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