底数 $x$
底数是自变量,表示输入。
含有幂的式子,不一定表示幂函数。判断时要看:自变量是否在底数位置,指数是否固定,幂前的系数是否为 $1$;还要确定这个幂在实数范围内何时有意义。
幂函数的结构是:自变量作底数,指数在整个函数中保持不变。
一般地,形如
的函数叫作幂函数,其中 $x$ 是自变量,$\alpha$ 是常数。
这个形式同时规定了底数、指数和系数。把这三个位置分开看:
底数是自变量,表示输入。
指数是常数,在整个函数中固定不变。
$x^\alpha$ 前的系数是 $1$,通常省略不写。
判断时要同时看清这三个位置,不能只看式子中有没有幂。
字母可以改变,角色不变。例如,把输入记作 $t$,函数写成
这里 $t$ 是自变量,$-1$ 是固定指数,$v$ 是对应的函数值。它仍然是“输入的固定次幂”,也就是通常写成 $y=x^{-1}$ 的幂函数。
在同一个幂函数中,指数固定;换一个固定指数,可以得到另一个幂函数。下面五个函数都符合 $y=x^\alpha$ 的形式:
它们的图象和定义域并不相同,但“底数是自变量、指数是常数”的结构没有改变,幂前的系数也都是 $1$。
幂还可以写成其他形式。比较下面两组写法时,要连同等式成立的条件一起看:
当 $x\ne0$ 时,负一次幂可以写成倒数:
在这个定义域内,$y=\dfrac1x$ 仍是指数为 $-1$ 的幂函数。
当 $x\ge0$ 时,二分之一次幂可以写成算术平方根:
在这个定义域内,$y=\sqrt{x}$ 仍是指数为 $\frac12$ 的幂函数。
这些改写只改变表达形式,没有改变对应关系。因此,要看式子在定义域内表达的函数关系,不能只凭它当前的外观判断。
判断函数是否为幂函数,还要检查幂前的系数。例如函数
虽然是单项式,也含有 $x$ 的三次幂,却不符合 $y=x^\alpha$ 的标准形式,因为 $x^3$ 前的系数是 $2$,不是 $1$。
它可以看成幂函数 $x^3$ 的两倍,但 $g(x)$ 本身不能叫作幂函数。
还要分清底数与指数的位置。幂函数中,自变量在底数位置,指数固定。若底数固定,而自变量出现在指数位置,函数结构就不同了,不能再用幂函数的定义判断。
确认了 $y=x^\alpha$ 的形式,还要确定:这个幂在实数范围内何时有意义。
对于 $y=x^{-1}=\dfrac1x$,分母不能为 $0$,所以要排除 $x=0$。对于 $y=x^{\frac12}=\sqrt{x}$,根号内的数不能小于 $0$,所以要求 $x\ge0$。
定义域随指数改变。统一写成 $y=x^\alpha$,不意味着所有幂函数的定义域都是 $\mathbb R$。
识别幂函数,要看完整结构:底数是自变量,指数是常数,系数为 $1$,并在相应定义域内理解这个幂。
形式相似并不够,只有真正符合 $y=x^\alpha$ 的函数才是幂函数。