Степене функције

Линеарна функција

Линеарна функција је облика

y=ax+b, a≠0y = ax + b,{\text{ }}a \ne 0

  1. Домен функције: R\mathbb{R}.
  2. Парност функције: Ако је b=0b = 0, функција је непарна.
  3. Нула функције: x=−bax = - \frac{b}{a}.
  4. Знак функције: Ако је a>0a > 0, онда је функција позитивна за z>−baz > - \frac{b}{a}.
  5. Монотоност функције: За a>0a > 0, функција је строго растућа, а за a<0a < 0, строго опадајућа, на целом домену.

Квадратна функција

y=ax2+bx+c, a≠0y = a{x^2} + bx + c,{\text{ }}a \ne 0

  1. Домен функције: R\mathbb{R}
  2. Парност функције: Ако је b=0b = 0, функција је парна.
  3. Нуле функције: У зависности од вредности дискриминанте D=b2−4acD = {b^2} - 4ac, функција може имати две, једну или ниједну реалну нулу.
    D>0 x1,2=−b±b2−4ac2aD > 0{\text{ }}{x_{1,2}} = \frac{{ - b \pm \sqrt {{b^2} - 4ac} }}{{2a}}

    D=0 x=−b2aD = 0{\text{ }}x = \frac{{ - b}}{{2a}}

    D<0D < 0   нема реалних нула
  4. Знак функције: Ако функција има две нуле, тада у њима мења знак. У супротном не мења знак.
  5. Екстремуми функције: За a>0a > 0 функција има минимум, а за a<0a < 0 максимум. Екстремна вредност је

    y=4ac−b24ay = \frac{{4ac - {b^2}}}{{4a}}

    и добија се за x=−b2ax = \frac{{ - b}}{{2a}}.
  6. Интеграли монотоности: (−∞,−b2a)\left( { - \infty , - \frac{b}{{2a}}} \right) и (−b2a,∞)\left( { - \frac{b}{{2a}},\infty } \right).
    Ако је a<0a < 0, онда је функција у првом интервалу строго растућа, а у другом строго опадајућа. Ако је a>0a > 0, важи обрнуто.
  7. Конвексност и конкавност функције: Ако је a>0a > 0, функција је конвексна, а ако је a<0a < 0, онда је конкавна на целом домену.

Степена функција

y=xα, α∈Ry = {x^\alpha },{\text{ }}\alpha \in \mathbb{R}

Случај α=n, n∈N\alpha = n,{\text{ }}n \in \mathbb{N}:

  1. Домен функције: R\mathbb{R}.
  2. Парност функције: Ако је nn паран број, функција је парна, а ако је nn непаран, функција је непарна.
  3. Нуле функције: x=0x = 0.
  4. Знак функције: Ако је nn непаран број, функција је позитивна у скупу R\{0}\mathbb{R}\backslash \left\{ 0 \right\}. Ако је nn непаран број, функција је позитивна за x>0x > 0, а негативна за x<0x < 0.
  5. Екстремуми функције: Ако је nn паран број, функција има минимум у тачки 00.
  6. Интервали монотоности функције: Ако је nn паран број, функција опада за x<0x < 0 и расте за x>0x > 0. Ако је nn непарно, функција расте на целом домену.
  7. Конкавност функције: Ако је nn паран број, функција је конвексна на целом домену. Ако је nn непаран број, функција је конкавна за x<0x < 0 и конвексна за x>0x > 0.

Случај α=−n, n∈N\alpha = - n,{\text{ }}n \in \mathbb{N}

  1. Домен функције: R\{0}\mathbb{R}\backslash \left\{ 0 \right\}.
  2. Парност функције: Ако је nn паран број, функција је парна, а ако је nn непаран, функција је непарна.
  3. Нуле функције: Нема.
  4. Знак функције: Ако је nn паран број, функција је позитивна у скупу R\{0}\mathbb{R}\backslash \left\{ 0 \right\}. Ако је nn непаран број, функција је позитивна за x>0x > 0, а негативна за x<0x < 0.
  5. Екстремуми функције: Нема.
  6. Интервали монотоности: Ако је nn паран број, функција расте за x<0x < 0 и опада за x>0x > 0. Ако је nn непарно, функција опада на целом домену.
  7. Конкавност функције: Ако је nn непаран број, функција је конкавна за x>0x > 0.
  8. Асимптоте функције: Хоризинтална асимптота y=0y = 0, и вертикална асимптота x=0x = 0.

Степена функција y=xny = x^n, n∈Nn \in \mathbb{N}, дефинисана је на целом R\mathbb{R} и има нулу x=0x = 0. За паран nn она је парна, опада за x<0x < 0, расте за x>0x > 0 и има минимум у нули. За непаран nn је непарна и расте на целом домену. Функција y=x−n=1xny = x^{-n} = \frac{1}{x^n} није дефинисана у нули, нема нула ни екстремума, а асимптоте су јој праве x=0x = 0 и y=0y = 0.

Посебни случајеви су линеарна функција y=ax+by = ax + b, са нулом x=−bax = -\frac{b}{a}, и квадратна y=ax2+bx+cy = ax^2 + bx + c, која екстремну вредност 4ac−b24a\frac{4ac - b^2}{4a} достиже у x=−b2ax = -\frac{b}{2a}. Честа грешка: x−2x^{-2} није −x2-x^2, него 1x2\frac{1}{x^2}.

−2−112−4−2240xyPP'
2
1,2
f(x₀)
1,44
f(−x₀)
1,44
За паран nn тачке PP и P′P' су на истој висини, па је график симетричан у односу на осу OyOy. За непаран nn вредности су супротне и график је симетричан у односу на координатни почетак. За негативно nn осе постају асимптоте.

Многи закони физике су степене функције: површина расте са квадратом дужине, запремина са кубом, а осветљеност и интензитет звука опадају са квадратом растојања од извора, по функцији y=kx−2y = kx^{-2}.

Лампа изнад стола

Осветљеност стола опада са квадратом растојања од сијалице: E=kr2E = \frac{k}{r^2}, што је степена функција y=kx−2y = kx^{-2}. Кад је сијалица 1 m изнад стола, осветљеност је 400 лукса. Колика је осветљеност кад се лампа подигне на 2 m, а на којој висини сијалица даје 625 лукса?

Решење

  1. Из 400=k12400 = \frac{k}{1^2} добијамо k=400k = 400, па је E(r)=400⋅r−2E(r) = 400 \cdot r^{-2}.
  2. E(2)=40022=100E(2) = \frac{400}{2^2} = 100: на двоструко већем растојању осветљеност је четири пута мања.
  3. Из 625=400r2625 = \frac{400}{r^2} следи r2=400625=0,64r^2 = \frac{400}{625} = 0{,}64.
  4. За r>0r > 0 функција y=x−2y = x^{-2} строго опада, па постоји само једно решење: r=0,8r = 0{,}8 m.

Одговор: На висини од 2 m осветљеност је 100 лукса, а 625 лукса сто добија кад је сијалица 0,8 m изнад њега.

Задатак за вежбу

Интензитет звука опада са квадратом растојања од звучника. На концерту, 1 m од звучника, он износи 0,16 W/m20{,}16\ \mathrm{W/m^2}. Колики је на 4 m од звучника?

Прикажи решење

I=kr2I = \frac{k}{r^2} и k=0,16⋅12=0,16k = 0{,}16 \cdot 1^2 = 0{,}16, па је I(4)=0,1642=0,01 W/m2I(4) = \frac{0{,}16}{4^2} = 0{,}01\ \mathrm{W/m^2}, 16 пута мање.