核心概念
指数函数是形如以下形式的函数:
f(x)=ax(a>0,a=1)
其中:
- a 是底数(必须为正数且不等于 1)
- x 是指数(自变量)
与幂函数的区别:指数函数的变量在指数位置;幂函数 xn 的变量在底数位置。
定义域与值域
- 定义域:R(全体实数)
- 值域:(0,+∞)(全体正实数)
注意:当 a>0 时,对所有实数 x,ax>0。
基本性质
1. 过点 (0, 1)
f(0)=a0=1对所有 a>0
每个指数函数都过点 (0,1)。
2. 恒正性
ax>0对所有 x∈R
3. 单调性
- 若 a>1:f(x)=ax 严格递增
- 若 0<a<1:f(x)=ax 严格递减
4. 指数运算法则
ax+y=ax⋅ay
ax−y=ayax
(ax)y=axy
(ab)x=ax⋅bx
图像特征
当 a>1(如 y=2x)
- 从左到右递增
- 当 x→−∞ 时趋近于 0
- 当 x→+∞ 时无限增大
- 水平渐近线:y=0
当 0<a<1(如 y=(1/2)x)
- 从左到右递减
- 当 x→−∞ 时无限增大
- 当 x→+∞ 时趋近于 0
- 水平渐近线:y=0
比较大小
当 a>1 时:
- ax1>ax2⇔x1>x2
当 0<a<1 时:
- ax1>ax2⇔x1<x2
记忆口诀:"底大于1,指数大则值大;底小于1,指数大则值小"
CSCA练习题
💡 注:以下练习题基于CSCA考试大纲设计。
例题1:基础题(难度 ★★☆☆☆)
比较大小:20.5,20.3,2−0.1。
解法:
因为底数 2>1,y=2x 递增。
由于 0.5>0.3>−0.1:
20.5>20.3>2−0.1
答案:20.5>20.3>2−0.1
例题2:中级(难度 ★★★☆☆)
比较:0.5−0.1,0.50.1,1.50.1。
解法:
对于 0.5−0.1 和 0.50.1:
因为 0<0.5<1,y=0.5x 递减。
所以 0.5−0.1>0.50.1。
对于 0.50.1:(1/2)0.1=20.11<1。
对于 1.50.1:因为 1.5>1 且 0.1>0,所以 1.50.1>10.1=1。
对于 0.5−0.1:等于 20.1>1。
比较 20.1 和 1.50.1:因为 2>1.5 且指数为正:
20.1>1.50.1
答案:0.5−0.1>1.50.1>0.50.1
例题3:高级(难度 ★★★★☆)
求 f(x)=4x−2x+1+2(x∈[−1,2])的值域。
解法:
设 t=2x。由于 x∈[−1,2]:
t∈[2−1,22]=[21,4]
又 4x=(22)x=(2x)2=t2,2x+1=2⋅2x=2t。
所以:f=t2−2t+2=(t−1)2+1
对于 t∈[21,4]:
- 在 t=1 处最小:f=0+1=1
- 检验端点:
- 当 t=21:f=41−1+2=45
- 当 t=4:f=16−8+2=10
值域:[1,10]
例题4:高级(难度 ★★★★☆)
解方程:4x−3⋅2x+2=0。
解法:
设 t=2x,其中 t>0。
则 4x=(2x)2=t2。
方程变为:t2−3t+2=0
因式分解:(t−1)(t−2)=0
所以 t=1 或 t=2。
回代:
- 2x=1⇒x=0
- 2x=2⇒x=1
答案:x=0 或 x=1
特殊指数函数
自然指数函数
f(x)=ex其中 e≈2.71828
这是微积分中最重要的指数函数,因为 (ex)′=ex。
常见错误
❌ 错误1:与幂函数混淆
错误:x2 是指数函数 ✗
正确:2x 是指数函数(变量在指数),x2 是幂函数 ✓
❌ 错误2:不等式方向错误
错误:因为 0.5<1,所以 0.52<0.53 ✗
正确:对于 0<a<1,指数越大值越小:0.52=0.25>0.125=0.53 ✓
❌ 错误3:忽略 ax>0
错误:方程 2x=−1 的解是 x=? ✗
正确:对所有 x,2x>0,所以方程无解。✓
学习要点
- ✅ 掌握两种情况:a>1(递增)vs 0<a<1(递减)
- ✅ 善用换元法:令 t=ax 转化为代数方程
- ✅ 记住渐近线:y=0 始终是水平渐近线
- ✅ 检查变量位置:指数位置有变量才是指数函数
💡 考试要点:解指数方程时,用换元法 t=ax 转化为代数方程。记住 t>0!