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第一章.         函数变量。在函数的概念之前,首先人们从对事物的变化发展的观察中,抽象出来变量的概念,在数学的历史上,正是变量的出现导致代数学的发展。因为在没有变量概念的时候,人们进行算术运算,只会做到对具体的数值进行运算。每次遇到稍微不同一些的数值,都必须很费劲地重新考虑计算方法,只有在抽象出来变量的概念后,才能对一般的数值计算抽象出来一般的计算方法,从而彻底地解决数值地计算问题。而代数学正是为了发展一般的数值计算方法而发展起来的。因此可以说变量概念的出现是数学发展历史上的第一个里程碑。 函数。自然界里的观察量都可以看成是变量,然后我们从自然界里归纳出的自然规律常常表现为变量与变量之间的依赖关系。而函数实际上就是为了表述这些变量与变量之间的依赖关系而抽象出来的数学观念。我们常常把相互之间具有依赖关系的一些变量区分为两类,一类被称为自变量,一类被称为因变量。因此这个依赖关系就可以理解为因变量如何被自变量决定的关系。函数从一般的依赖关系中抽象出三个要素作为函数的基本要素。首先就是依赖关系本身,也即一个或几个变量(自变量)是如何决定另一个变量(因变量)的,这种决定关系还必须是唯一的,因为我们研究的这种依赖关系总是一种具有确定性的关系。也就是说,从一些自变量的数值,能够唯一地得到另一个因变量的数值。这是函数概念里的一个关键所在。也是初学者常常犯错误的地方。要表示一种依赖关系,可以有很多的方式。最直截了当的就是一一列出变量之间的所对应的数值。例如我们常用的数学用表,列车时刻表,税单,等第,这种表示方法的好处就是一目了然,能让你很快的查到你所需要的变量的值,甚至是精确的值,而无须进行另外的计算,缺点就是只能处理很有限的数值,对于可以取大量,甚至无穷的数值的变量,这种方法就不行了。另外还不能容易地让人理解变量之间地对应规律。要想能容易地让人理解变量之间的对应规律,可以使用图示的方式。对于一元函数y=f(x),它的变量相应地在平面上的直角坐标系的X轴和Y轴上取值,在一定条件下,就能得一个几何图象,表达了函数的数值分布。用图来表示变量之间的依赖关系,可以很直观地说明这种依赖关系的很多性质。在高等数学的学****中,我们也应该善于通过画图来培养对于抽象概念的直观能力,而初学者往往忽略这点,甚至不屑于此,这是我们应该极力避免的。图示的缺点就是不能精确地给出数值,也不能精确地表达函数的性质。最精确的表达方式是给出函数关系的解析表达式。有了解析表达式,就可以对已知数值进行确定的数学计算,从而得到未知量的精确数值。更进一步,通过对解析表达式的数学分析,可以得到函数性质的精确的表达。而我们学****微积分的主要目的,就是掌握这种分析方法。当然还可以有其他的表示函数的依赖关系的方法,总之只要能说明一个变量如何由另外的变量唯一决定就行。表示了依赖关系之后,还必须说明其中自变量的取值范围。因为在实际问题中,有时候并不能从依赖关系本身就得到自变量的取值范围。因此还必须单独规定。这个取值范围被称为定义域。有了自变量的取值范围,加上函数的对应关系,就可以得到因变量的取值范围,这就是函数的第三个要素,被称为值域。总结一下,函数概念最关键的地方,就是它的对应关系,或者说依赖关系,必须是因变量由自变量唯一确定。尽管我们可以考虑一对多的多值函数,比方说解析几何里的一些曲线方程,要对它们应用微积分的方法,那种情形必须给予特别的处理,或者把它们分割为多个函数,总之为了统一地发展我们后面要讨论地微积分技术,我们总是坚持这一点为函数的必要条件。第二点需要特别用心的地方就是根据函数关系由定义域求值域。或者是只是根据函数关系的数学表达式本身,来求出具有数学意义的定义域和值域,或者还要求具有实际意义而不只是具有数学意义的定义域和值域。这就要求我们熟练掌握各种函数的数学性质,特别是我们下面要讨论的几种基本初等函数的性质。我们将在下面结合例题更详细地讨论这点,并且希望读者多作练****并不是说我们需要把一个函数用某种方式给出,就可以说是已经掌握了这个函数。因为对于一个函数的了解,并不是知道了这个函数所代表的所有数值对应,就能判断这个函数的行为与性质,在实际问题当中,我们更加需要得到的是一个函数的性质,因为某种变化规律所具有的性质,往往表达了某个概念,而我们人类对于事物的了解最终是基于概念的理解,而不是一堆数据本身。下面我们就来讨论函数所可能具有的几种性质。这几种性质都具有非常直观的意义,只需要用初等的方式就可以表达出来。 (一)函数的单调性。从直观的感觉来看,所谓单调表明了函数在某点附近具有平滑的变化,如果把函数的自变量与因变量分别在平面上的直角坐标系的两个坐标轴上取值,得到函数的图象,就可以看到函数在某点附近的单调性,意味着函数在这点附近没有剧烈的震荡,或者这点左边的点的函数值比右边的点的函数值大