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高级数学 · 常见难点

我总是忽略函数的定义域限制

代数步骤整齐,最后的式子看起来也对,题目却说答案不完整。

本页内容
  1. 限制条件为什么会消失?
  2. 解题前先检查什么?
  3. 例题:复合函数(composite function)
  4. 常见的错误是什么?
  5. 例题:反函数(inverse)需要定义域
  6. 自我检测
  7. 怎样养成习惯?

忽略定义域限制,意思是代数做得对,但答案对某些输入值并不成立。 这是 Additional Mathematics 函数题常见的失分原因,因为限制条件很容易在化简时被丢掉。

解决方法是一个简短的固定流程:先写出限制条件,带着它做完,最后明确写出来。

限制条件为什么会消失?

大多数学生把函数当作一套规则来套用:代入、展开、化简。这个过程本身不会提醒你问:“哪些输入是允许的?”

化简会让情况更糟。

平方根再平方,或者分式约分后,式子看起来很干净,好像对所有值都成立。其实不是。定义域由原函数决定,化简并不会把它抹掉。

解题前先检查什么?

开始写解答之前,先扫一遍函数,看有没有这些常见限制。

  • 分母:不能等于零。解 “分母 = 0”,把这些值排除。
  • 平方根:里面的式子必须大于或等于零。解 “根号内 ≥ 0”。
  • 题目给出的定义域:例如 x ≥ 0,永远有效。

把这些限制写成解答的第一行。这一行就是你要一路带到最后的东西。

例题:复合函数(composite function)

设 f(x) = √(x − 1),g(x) = x²。求 fg(x) 并写出它的定义域。(fg(x) 表示 f(g(x))。)

第 1 步。 把 g(x) 放进 f:fg(x) = √(x² − 1)。

第 2 步。 根号里面必须大于或等于零:x² − 1 ≥ 0。

第 3 步。 因式分解:(x − 1)(x + 1) ≥ 0。临界值是 x = −1 和 x = 1。乘积在这两个值之外为正,在这两个值处为零。

第 4 步。 定义域是 x ≤ −1 或 x ≥ 1。

检查: x = 0 得到 √(−1),没有意义,所以 0 被正确排除。x = 2 和 x = −2 都得到 √3,是允许的。

常见的错误是什么?

学生这样想:“g(x) = x² 接受所有实数,所以 fg 也接受所有实数。“于是写下”定义域:所有实数 x”。

错误在于:复合函数的定义域要求外层函数能接受内层函数的输出。g 可以输出 0,但 f(0) = √(−1) 不存在。正确做法是先代入内层函数,再对整个式子检验外层函数的限制,就像第 2 到第 4 步那样。

反过来的顺序也有同样的陷阱。gf(x) = (√(x − 1))² 化简为 x − 1,但它只在 x ≥ 1 时有效,因为 f 不能接受更小的值。x − 1 看起来很普通,却把限制藏起来了。

例题:反函数(inverse)需要定义域

h(x) = x² − 4,定义域 x ≥ 0。求 h⁻¹(x) 及其定义域。

写 y = x² − 4,则 x² = y + 4,x = √(y + 4)。因为原定义域是 x ≥ 0,所以取正根。于是 h⁻¹(x) = √(x + 4)。

h⁻¹ 的定义域就是 h 的值域。h(0) = −4,且 h 在 x ≥ 0 时递增,所以值域是 h(x) ≥ −4。因此 h⁻¹ 的定义域是 x ≥ −4。

检查: h(3) = 9 − 4 = 5,h⁻¹(5) = √9 = 3。两个函数互相抵消。

自我检测

  1. 写出 f(x) = (x + 5)/(x² − 9) 的最大定义域。
  2. 写出 g(x) = √(6 − 2x) 的最大定义域。
  3. 设 f(x) = √x,g(x) = x − 4,求 fg(x) 及其定义域。
显示答案
  1. 当 x² = 9 时分母为零,即 x = 3 或 x = −3。定义域:除 x = 3 和 x = −3 外的所有实数。
  2. 需要 6 − 2x ≥ 0,所以 x ≤ 3。
  3. fg(x) = √(x − 4)。需要 x − 4 ≥ 0,所以定义域是 x ≥ 4。

怎样养成习惯?

每次都用同样的三行开头:列出限制、做代数、拿答案对照限制。你可以在函数复合与反函数探索器中测试自己的函数,也可以用无计算器解题训练器练习算术部分。

完整的课程在函数与限制。先从找出有效输入值开始,再看按正确顺序构成复合函数。定义域、值域、多对一等词汇在 Additional Mathematics 术语指南中有解释。

如果用了这个流程仍然反复出错,线上一对一 Additional Mathematics 补习可以让老师准确看出你的解题过程在哪里丢掉了限制。你的考试年份涵盖哪些课题,请到下方链接的 Cambridge 科目页面确认。

常见问题

什么是函数的定义域?

定义域(domain)是函数允许使用的输入值集合。通常有两种限制:分母不能为零,平方根里面的式子不能为负。题目也可能直接给出定义域,例如 x ≥ 0。

化简之后定义域会改变吗?

定义域属于原来的函数,而不是化简后的式子。若 f(x) = √(x − 1),g(x) = x²,则 g(f(x)) 化简为 x − 1,但它仍然只在 x ≥ 1 时成立,因为 f 需要这个条件。化简的结果要连同限制一起写出。

为什么反函数需要限制定义域?

一个函数只有在每个输出都来自唯一输入时才有反函数。x² − 4 在 x = 2 和 x = −2 时输出相同,所以要先限制为 x ≥ 0。之后反函数才存在,它的定义域就是原函数的值域(range)。

哪个工具可以帮我练习?

函数复合与反函数探索器可以让你输入自己的函数和定义域,查看表格和限制说明。请在自己写完解题过程之后再用它核对答案,而不是用它代替思考。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Additional Mathematics 0606 课程页面

更新于:

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