反比例函数
数学函数
反比例函数描述了两个变量之间的反比关系,函数图象呈现为两支不相交的曲线,具有特定的性质,有广泛的应用价值。人类很早就开始了对反比例函数的研究,许多物理量之间都有反比关系,可以用反比例函数来描述。
发展简史
人类对反比例函数的研究可以追溯到古希腊时期,《几何原本》中的“比例”一卷提出了反比的概念。后世的数学家对反比例函数进行了更为透彻的研究。在18世纪,数学家欧拉在《分析通论》中对反比例函数进行了进一步的研究。
随着数学的发展和应用的拓展,反比例函数在物理学、经济学、生物学、化学等领域有广泛的应用。例如在纯电阻电路中,电压一定时电阻与电流成反比例关系等。随着计算技术的进步,反比例函数的计算和应用变得更加便捷和广泛,为解决实际问题和推动科学发展做出了重要贡献。
定义
如果两变量,的关系可表示为(且为常数)的形式,则称是的反比例函数。
函数图像
当时,函数的图象在第一象限和第三象限。
当时,函数的图象在第二象限和第四象限。
函数性质
定义域和值域
反比例函数的定义域是,值域是
奇偶性
反比例函数是奇函数。
单调性
当时,反比例函数的单调减区间是和,没有单调增区间。
当时,反比例函数的单调增区间是和,没有单调减区间。
渐近线
反比例函数的图象有两条渐近线,即x轴和y轴。反比例函数的图象的两支曲线都分别无限接近x轴和y轴,但都不与x轴和y轴相交。
几何意义
过反比例函数图象上任意一点作x轴和y轴的垂线,与x轴和y轴交于点,,则矩形的面积等于。
证明:设点的坐标是,则,,故有
对称性
反比例函数的图象既是中心对称图形,又是轴对称图形;原点为其对称中心,直线和直线为其对称轴。
证明:反比例函数的图象上的任意点,坐标。
点关于原点的对称点坐标满足
故而成立,即点也在该反比例函数的图象上,可知反比例函数的图象是中心对称图形,且原点为其对称中心。
点关于直线的对称点坐标,关于直线的对称点坐标,满足
故而,成立,即点和点也在该反比例函数的图象上,可知反比例函数的图象是轴对称图形,直线和直线均为其对称轴。
导数
对于
其导数为
不定积分
反比例函数的不定积分为
部分大学数学教材将其表达为
在自变量取正、负的两个部分,加上不同的常数,对求导后的结果不产生影响。
应用举例
例1 已知函数为反比例函数。求的值。
解:由反比例函数的定义可知
解之得。
例2 利用反比例函数图象,证明不等式
其中,均为正实数。
证明:在反比例函数在第一象限的图象上取两点,,坐标分别为,。过点,作x轴,y轴的垂线。
如图,由反比例函数的几何意义知
故而
取等条件为,即点,重合,。原不等式得证。
例3 许多物理量之间也有反比例关系,可以用反比例函数来表示。例如:
①相同的力施加在物体上,压强与接触面积成反比;
②同长度同种材料的柱形定值电阻,其电阻大小与截面积成反比;
③单缝衍射的中央亮条纹角宽度与缝宽成反比。
其他相关概念
幂函数
如果两变量,的关系可表示为(为常数)的形式,那么该函数被称为幂函数。对于反比例函数,当时,其为幂函数,对应的。
双曲线
反比例函数图象是两条位于不同象限的曲线,这两条曲线构成离心率为的双曲线。
双曲线是圆锥曲线中的一类。双曲线上的一点到两个定点的距离之差的绝对值为定值,此为双曲线的第一定义。
可以验证,函数
上的点到定点和的距离之差的绝对值为:
证明:由对称性,不妨设反比例函数图象在第一象限的点,满足
那么由两点间的距离公式
从而
其中的第三个等号用到代换。上述两式显然相等。
也可以通过旋转来将反比例函数转换为双曲线的标准方程。
作旋转的坐标变换
那么原先的函数关系式可化为
即双曲线的标准方程。
参考资料
最新修订时间:2025-03-10 20:31
目录
概述
发展简史
定义
函数图像
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