3.1 函数的概念及其表示
人教 A 版 · 本节 7 页原书扫描(原文)+ 本站重写的讲解与习题详解没有考过 ↓
原书扫描页(人教 A 版原文)







考过本节的真题
没有考过本站语料里还没有一道真题考到这一节:现有攻略中没有任何一篇,经由引本节作教材出处的实体连到本节。这一段是两跳派生的(节 ← 实体 ← 攻略),源里没有「节 → 题」的手写声明——新的攻略一上站,清单会自己长出来。它说的是本站已上站的那些卷子里没有考到,不是「高考不考这一节」。
讲解
本站对这一节的重写(不是原书转写):顺序可重组、推导可补全,目标是易读易学 + 与真题关联。原文以上方扫描图为准。
这一节(3.1.1 函数的概念)把初中的”变量说”升级成高中的”集合对应说”——这是全书函数部分的逻辑地基,后面学单调性、奇偶性、指数对数、三角函数,全都在这个地基上说话。学完这一节,你要能回答三个问题:什么是函数(严格定义)?一个函数的定义域怎么求?两个函数什么时候是”同一个函数”?
一、函数定义升级:从”变量说”到”集合对应说”
初中说”函数是变量之间的依赖关系”,这个说法有两个说不清的角落:(正方形周长)与 (正比例函数)是同一个函数吗? 与 是同一个函数吗? 课本开头抛出这两个问题,就是为了说明旧定义不够精确——它没有讲清自变量、因变量各自的取值范围,也没有把”对应关系”本身单独拎出来。
课本用四个问题(列车路程、工人周工资、AQI 变化图、恩格尔系数表)归纳共同特征:
设 A,B 是非空的实数集,如果对于集合 A 中的任意一个数 x,按照某种确定的对应关系 f,在集合 B 中都有唯一确定的数 y 和它对应,那么就称 f: A → B 为从集合 A 到集合 B 的一个函数,记作 y = f(x), x ∈ A。
对照定义,抓住四个要素:
- 两个非空实数集 A、B——A 是自变量的舞台(定义域),B 是函数值待定的舞台;
- 一个确定的对应关系 f——它可以是解析式、图象、表格,也可以是箭头图,不限定形式;
- “任意一个 x”都有对应——A 里的每个元素都不能缺席;
- “唯一确定的数 y”——每个 x 只能对应一个 y。这是”是不是函数”的唯一判据,至于几个 x 对应同一个 y,完全允许。
新引进的记号: 叫自变量,取值范围 叫定义域; 中的 是”与 对应的函数值”,不是 f 乘 x;函数值的集合 叫值域。定义里强调一句:值域是 B 的子集,不一定等于 B——问题 3(AQI 图)里值域就是 B 的真子集。做题时先想清楚”值域由定义域和对应关系决定”这句话,§3.1.2 的判断同一函数就用它。
二、定义域的两张脸:实际背景 vs 解析式
定义域从哪里来?课本给了两条路:
(1)问题有实际背景:定义域由背景决定。 问题 1 后面的”思考”是本节最经典的一个坑:对应关系 ,能不能说”运行 1 h 就前进 350 km”?不能——因为这趟列车的 只在 里取值,1 h 根本不在定义域里。函数值只对定义域内的自变量有意义,定义域是函数的有机组成部分,不是随手加的尾巴。这正是 §3.1.2 里”对应关系相同但定义域不同就不是同一个函数”(问题 1 与问题 2 都是 )的伏笔。
(2)只给解析式:定义域是”使式子有意义的实数的集合”。 例 2 是标准示范:,两处约束各自列出再取交集——根式要求 ,分母要求 ,交集得
求解析式定义域的常用约束先记两条(第 4 章学完对数再补第三条):偶次根号内 ≥ 0、分母 ≠ 0。每一步把”哪个约束、对应的 x 集合”写清楚,再取交集,这个动作练熟。
三、区间:数集的简写
区间是把”满足某个不等式的实数集”缩写成一对括号:
| 集合 | 区间 | 集合 | 区间 |
|---|---|---|---|
三件事记牢:方括号”含端点”、圆括号”不含端点”; 不是数,只是”无限延伸”的记号,它旁边永远只能配圆括号; 写作 。数轴上画区间,含端点的画实心点、不含的画空心点——后面研究函数图象写单调区间、解不等式写解集,全用区间,写错了就全错。
四、同一函数:定义域 + 对应关系双锁定
“一个函数的构成要素是定义域、对应关系和值域”,而值域由定义域和对应关系决定(给定 x 的范围和对应规则,函数值集合就定死了)。所以判断两个函数是否相同,只需要看两条:
例 3 的四个函数就是为这条准备的,逐个拆开看:
- :化简得 ,但定义域是 而非 ——定义域不同,不是;
- :化简得 ,定义域 ,与 相同——是(字母换名字不影响);
- :化简得 ,定义域虽同是 ,但 时对应关系不同——对应关系不同,不是;
- :化简得 ,但定义域是 ——定义域不同,不是。
判断的顺序固定成两步:先看定义域(化简前后定义域往往悄悄变了,这是最常错的一步),再化简看对应关系。 与 不同、( 是边长)与 ()不同——开头那两个问题到这里都有了答案。
五、这一节考过的真题(怎么用它们)
页面下方”考过本节的真题”那一段是构建期从知识图谱派生出来的完整清单。本节连着的标准真题是 2010 年浙江第 10 题:设函数集合 ,平面上点集 由 、 组成,问 中图象恰好经过 中两个点的函数有多少个(答案 6)。它的考法就是本节定义的看家动作——“图象过点”翻译成”定义域内的取值代入对应关系得到的函数值恰好落在 上”:一个点 定了, 的取值由 、 决定,数清楚”经过两个点”的 组合。这题要用到第 4 章的对数函数,学完第 4 章再回来做;它恰好说明本节定义(解析式、图象、对应关系三者互译)是压轴题的底层语言。
另外,“求定义域”本身是高考小题的常客——结合函数概念单独考不常见,但每道函数题的第一步都是求定义域,例 2 的”根号 + 分母”套路必须形成肌肉记忆。
六、怎么读这一节
- 先背函数定义的四个要素(非空数集 A、B,对应关系 f,唯一确定)——用”唯一确定”四个字检验一个对应关系是不是函数(练习第 3 题的箭头图就是检验题);
- 再练求定义域——例 2 的”根号内 ≥ 0、分母 ≠ 0、取交集”三步走;
- 把例 3 的四个函数每个都按”先定义域、后对应关系”的顺序亲手判一遍,直到”为什么不同”能脱口而出;
- 最后做练习第 1 题(炮弹)练”由实际背景定定义域、由解析式求值域”,做练习第 4 题(构造 的情境)练”函数与现实互译”——这两题是本节的两个方向:从现实到抽象、从抽象到现实。
下一节 §3.1.2 学函数的三种表示法与分段函数——表示法就是”对应关系”的三张面孔,分段函数则是对应关系”分段给规则”的新形态;再往后 §3.2 研究单调性与奇偶性,§3.3 研究一类新函数(幂函数),全都要用这一节的定义当起点。
习题详解(本站解答,无官方答案可核)
人教 A 版学生用书不含答案,教师用书与全解不在本站语料里——因此本节习题的解答无官方答案可核,它们是本站写的。每一道都过了独立 verifier 的 refute 优先复核(默认它有问题,找不出问题才放行),但那不等于官方标准答案:拿它对思路,别拿它对分。
本节页面覆盖第 67–73 页,课本习题共 4 道:第 70–71 页「练习」4 道,逐题全做。第 2 题、第 3 题的数据都在插图中(温度曲线、箭头图),解答按插图读出。每道题先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。
练习(第 70 页)第 1 题
- 一枚炮弹发射后,经过 26 s 落到地面击中目标. 炮弹的射高为 845 m,且炮弹距地面的高度 h (单位:m)与时间 t (单位:s)的关系为
求①所表示的函数的定义域与值域,并用函数的定义描述这个函数.
定义域:炮弹从发射()到落地击中目标( s)之间,高度才有意义,所以定义域是
值域:把解析式配方:
开口向下的抛物线,顶点在 s,最大高度正好是题目给的射高 845 m;两端 、。所以值域是
用函数的定义描述:设数集 ,数集 ,对应关系 :。对于 中的任意一个时间 ,按照对应关系①,在 中都有唯一确定的高度 与之对应,所以 是 的函数,记作 ,。
自检: 时 ✓,与题设射高一致; 时 ✓,与”落到地面”一致。数据自洽,放心用。
练习(第 71 页)第 2 题
2.2016年11月2日8时至次日8时(次日的时间前加0表示)北京的温度走势如图所示.
(1) 求对应关系为图中曲线的函数的定义域与值域;
(2) 根据图象,求这一天 12 时所对应的温度.
(1) 图中曲线把一天 24 个小时都覆盖了:横轴从 8 时(记为 0)到次日 8 时(记为 24),所以定义域是
纵轴读曲线:最低点出现在次日凌晨,约为 2 ℃;最高点出现在 14 时前后,约为 12 ℃。曲线上每一点的纵坐标都在 内且两端都取到,所以值域约为
(2) 横轴的刻度就是钟表时刻(次日的时间加 0 表示,如次日 8 时写 08)——“这一天 12 时”即 11 月 2 日中午 12 点,直接在横轴上找到刻度 12,过该点作垂线与曲线相交,读交点的纵坐标,约为 9.3 ℃。
自检:11 时读得约 8 ℃、14 时读得约 12 ℃,中午 12 时读得约 9.3 ℃,介于两者之间且温度在午后走高,走势合理。读图题的关键是先认准横轴单位(这里是钟表时刻而非”从 8 时起经过的小时数”),否则会把次日凌晨误读成中午。
练习(第 71 页)第 3 题
- 集合 A, B 与对应关系 f 如下图所示:
第 (3) 题的箭头图嵌在题面中间(插图不引),故问题部分单独一个引用块:
是否为从集合 到集合 的函数?如果是,那么定义域、值域与对应关系各是什么?
箭头图(课本第 71 页插图)的数据按图读出:左列 、右列 , 中每个元素恰好射出一条箭头,对应关系 把 中的元素映射为
(图中 4 与 5 射出的两条箭头在中途交叉:4 的箭头指向 5、5 的箭头指向 4,方向要按箭头的落点辨认。)
是函数。理由: 中的每一个元素 都有唯一的箭头指向 中的一个元素,即按对应关系 ,在 中都有唯一确定的数与之对应。两个元素对应同一个象(、 都对应 )不违反定义——“唯一确定”要求的是每个 只有一个 ,不要求不同的 对应不同的 。
三要素:
- 定义域:;
- 对应关系:由箭头图给定,如上所列;
- 值域:( 的子集;元素 没有被任何 对应到,不影响”是函数”——值域允许是 的真子集)。
练习(第 71 页)第 4 题
- 构建一个问题情境,使其中的变量关系能用解析式 来描述.
情境:一个正方形的面积为 (单位:),它的边长 (单位:)就是 ,即
定义域:面积必须是正数,所以 ;值域:边长也是正数,且任意正数都能作为边长出现,所以 。用函数定义描述:对于 中的任意一个面积 ,按照 ,在 中都有唯一确定的边长 与之对应。
自检:答案不止一个——只要情境里的两个量满足”一个量随另一个量的平方根变化”即可,比如”自由落体第 3.1.2 节练习会看到”的匀加速类情境也能构造。判对错的标准是:变量关系确实能用 刻画,且定义域、值域与情境自洽(比如这里面积 是情境强加的,解析式本身在 也有意义,但正方形面积不能为 0)。
原书转写(OCR,供核对)
共 7 页· 默认折起
机器转写,如有出入以上方扫描图为准。它是原文可搜索、可复制公式、读屏器读得出的形态, 也是教材原文引文的逐字比对靶。
3.1 函数的概念及其表示
在初中我们已经接触过函数的概念,知道函数是刻画变量之间对应关系的数学模型和工具。例如,正方形的周长 与边长 的对应关系是 ,而且对于每一个确定的 都有唯一的 与之对应,所以 是 的函数。这个函数与正比例函数 相同吗?又如,你能用已有的函数知识判断 与 是否相同吗?要解决这些问题,就需要进一步学习函数概念。
3.1.1 函数的概念
先分析以下问题.
问题 1 某 “复兴号” 高速列车加速到 350 km/h 后保持匀速运行半小时. 这段时间内, 列车行进的路程 S (单位: km) 与运行时间 t (单位: h) 的关系可以表示为
这里, 和 是两个变量,而且对于 的每一个确定的值, 都有唯一确定的值与之对应,所以 是 的函数.

思考
有人说:“根据对应关系 S=350t,这趟列车加速到 350 km/h 后,运行 1 h 就前进了 350 km.” 你认为这个说法正确吗?
根据问题1的条件,我们不能判断列车以 运行半小时后的情况,所以上述说法不正确.显然,其原因是没有关注到 的变化范围.
下面用更精确的语言表示问题1中 与 的对应关系.
列车行进的路程 与运行时间 的对应关系是
其中,t 的变化范围是数集 ,S 的变化范围是数集 。对于数集 中的任一时刻 t,按照对应关系①,在数集 中都有唯一确定的路程 S 和它对应。
问题2 某电气维修公司要求工人每周工作至少1天,至多6天.如果公司确定的工资标准是每人每天350元,而且每周付一次工资,那么你认为该怎样确定一个工人每周的工资?一个工人的工资 (单位:元)是他工作天数 的函数吗?
显然,工资 是一周工作天数 的函数,其对应关系是
?
其中, 的变化范围是数集 , 的变化范围是数集 。对于数集 中的任一个工作天数 ,按照对应关系②,在数集 中都有唯一确定的工资 与它对应。
问题 1 和问题 2 中的函数有相同的对应关系,你认为它们是同一个函数吗?为什么?
问题3 图3.1-1是北京市2016年11月23日的空气质量指数(Air Quality Index,简称AQI)变化图。如何根据该图确定这一天内任一时刻 h的空气质量指数(AQI)的值 ?你认为这里的 是 的函数吗?
从图3.1-1中的曲线可知, 的变化范围是数集 ,AQI 的值 都在数集 中。对于数集 中的任一时刻 ,按照图3.1-1中曲线所给定的对应关系,在数集 中都有唯一确定的AQI的值 与之对应。因此,这里的 是 的函数。
你能根据图 3.1-1 找到中午 12 时的 AQI 的值吗?
问题 4 国际上常用恩格尔系数 反映一个地区人民生活质量的高低,恩格尔系数越低,生活质量越高。表 3.1-1 是我国某省城镇居民恩格尔系数变化情况,从中可以看出,该省城镇居民的生活质量越来越高。
你认为按表3.1-1给出的对应关系,恩格尔系数 是年份 的函数吗?如果是,你会用怎样的语言来刻画这个函数?
这里,y 的取值范围是数集 ;根据恩格尔系数的定义可知,r 的取值范围是数集 。对于数集 中的任意一个年份 y,根据表 3.1-1 所给定的对应关系,在数集 中都有唯一确定的恩格尔系数 r 与之对应。所以,r 是 y 的函数。
归纳
上述问题 1~问题 4 中的函数有哪些共同特征?由此你能概括出函数概念的本质特征吗?
上述问题的共同特征有:
(1)都包含两个非空数集,用 A,B 来表示;
(2) 都有一个对应关系;
(3)尽管对应关系的表示方法不同,但它们都有如下特性:对于数集 中的任意一个数 ,按照对应关系,在数集 中都有唯一确定的数 和它对应.
事实上,除解析式、图象、表格外,还有其他表示对应关系的方法。为了表示方便,我们引进符号 统一表示对应关系。
一般地,设 A,B 是非空的实数集,如果对于集合 A 中的任意一个数 x,按照某种确定的对应关系 f,在集合 B 中都有唯一确定的数 y 和它对应,那么就称 为从集合 A 到集合 B 的一个函数(function),记作
其中,x 叫做自变量,x 的取值范围 A 叫做函数的定义域 (domain);与 x 的值相对应的 y 值叫做函数值,函数值的集合 叫做函数的值域 (range).
显然,值域是集合 的子集. 在问题1与问题2中,值域就是 和 ;在问题3中,值域是数集 的真子集;在问题4中,值域 ,是数集 的真子集.
● ●
17 世纪后期,德国数学家莱布尼茨第一次将“function”一词作为专门的数学术语;19 世纪,李善兰首次将 function 翻译成“函数”.
我们所熟悉的一次函数 的定义域是 ,值域也是 。对应关系 把 中的任意一个数 ,对应到 中唯一确定的数 。
二次函数 的定义域是 ,值域是 。当 时,;当 时,。对应关系 把 中的任意一个数 ,对应到 中唯一确定的数 。
思考
反比例函数 的定义域、对应关系和值域各是什么?请用函数定义描述这个函数.
例1 函数的解析式是舍弃问题的实际背景而抽象出来的,它所反映的两个量之间的对应关系,可以广泛地用于刻画一类事物中的变量关系和规律。例如,正比例函数 () 可以用来刻画匀速运动中路程与时间的关系、一定密度的物体的质量与体积的关系、圆的周长与半径的关系等。
试构建一个问题情境,使其中的变量关系可以用解析式 来描述.
解:把 看成二次函数,那么它的定义域是 ,值域是 对应关系 把 中的任意一个数 ,对应到 中唯一确定的数 。
如果对 的取值范围作出限制,例如 ,那么可以构建如下情境:
长方形的周长为 20,设一边长为 x,面积为 y,那么 .
其中,x 的取值范围是 ,y 的取值范围是 。对应关系 f 把每一个长方形的边长 x,对应到唯一确定的面积 。
探究
构建其他可用解析式 描述其中变量关系的问题情境.
练习
- 一枚炮弹发射后,经过 26 s 落到地面击中目标. 炮弹的射高为 845 m,且炮弹距地面的高度 h (单位:m)与时间 t (单位:s)的关系为
求①所表示的函数的定义域与值域,并用函数的定义描述这个函数.
2.2016年11月2日8时至次日8时(次日的时间前加0表示)北京的温度走势如图所示.
(1) 求对应关系为图中曲线的函数的定义域与值域;
(2) 根据图象,求这一天 12 时所对应的温度.

- 集合 A, B 与对应关系 f 如下图所示:

是否为从集合 到集合 的函数?如果是,那么定义域、值域与对应关系各是什么?4. 构建一个问题情境,使其中的变量关系能用解析式 来描述.
研究函数时常会用到区间的概念.
设 是两个实数,而且 。我们规定:
(1)满足不等式 的实数 的集合叫做闭区间,表示为 ;
(2) 满足不等式 的实数 的集合叫做开区间, 表示为 ;
(3)满足不等式 或 的实数 的集合叫做半开半闭区间,分别表示为 ,.
这里的实数 a 与 b 都叫做相应区间的端点.
这些区间的几何表示如表 3.1-2 所示。在数轴表示时,用实心点表示包括在区间内的端点,用空心点表示不包括在区间内的端点。
实数集 可以用区间表示为 , “”读作“无穷大”, “”读作“负
无穷大”,“+∞”读作“正无穷大”.
满足 的实数 的集合,可以用区间分别表示为 . 这些区间的几何表示如表3.1-3所示.
例 2 已知函数 ,
(1) 求函数的定义域;
(2) 求 , 的值;
…
(3) 当 a > 0 时,求 , 的值.
在函数定义中,我们用符号 表示函数,其中 表示 x 对应的函数值,而不是 f 乘 x.
分析:函数的定义域通常由问题的实际背景确定。如果只给出解析式 ,而没有指明它的定义域,那么函数的定义域就是指能使这个式子有意义的实数的集合。
解:(1)使根式 有意义的实数 的集合是 ,使分式 有意义的实数 的集合是 。所以,这个函数的定义域是
即 .
(2) 将 -3 与 代入解析式,有
(3) 因为 a > 0,所以 , 有意义.
由函数的定义可知,一个函数的构成要素为:定义域、对应关系和值域。因为值域是由定义域和对应关系决定的,所以,如果两个函数的定义域相同,并且对应关系完全一致,即相同的自变量对应的函数值也相同,那么这两个函数是同一个函数。
两个函数如果仅有对应关系相同,但定义域不相同,那么它们不是同一个函数。例如,前面的问题1和问题2中,尽管两个函数的对应关系都是 ,但它们的定义域不相同,因此它们不是同一个函数;同时,它们的定义域都不是R,而是R的真子集,因此它们与正比例函数 也不是同一个函数。
此外,函数 , , , 与 ,虽然表示它们的字母不同,但因为它们的对应关系和定义域相同,所以它们是同一个函数.
例3 下列函数中哪个与函数 是同一个函数?(1) ; (2) ; (3) ; (4) .
解:(1) ,它与函数 虽然对应关系相同,但是定义域不相同,所以这个函数与函数 不是同一个函数.
● ●
也可以利用信息技术画出例 3 中四个函数的图象,根据图象进行判断.
(2) , 它与函数 不仅对应关系相同, 而且定义域也相同, 所以这个函数与函数 是同一个函数.
(3) 它与函数 的定义域都是实数集 ,但是当 时,它的对应关系与函数 不相同。所以这个函数与函数 不是同一个函数。
(4) ,它与函数 的对应关系相同但定义域不相同。所以这个函数与函数 不是同一个函数。
思考
至此,我们在初中学习的基础上,运用集合语言和对应关系刻画了函数,并引进了符号 ,明确了函数的构成要素。比较函数的这两种定义,你对函数有什么新的认识?