Методы решения физико-математических задач

Экспонента, е в степени х

Свойства экспоненты
Приведены график и основные свойства экспоненты (е в степени х): область определения, множество значений, основные формулы, производная, интеграл, разложение в степенной ряд, действия с комплексными числами.
()( \displaystyle \newcommand{\Exp}{\mathop{\rm Exp}\nolimits} )() ()( \displaystyle \newcommand{\sh}{\mathop{\rm sh}\nolimits} )() ()( \displaystyle \newcommand{\ch}{\mathop{\rm ch}\nolimits} )()

Определение

Экспонента
– это показательная функция y(x) = e x , производная которой равна самой функции.

Экспоненту обозначают так   ex  ,    exp (x )   или   Exp (x ) . 
ex  ≡ exp (x ) ≡ Exp (x )

Число e

Основанием степени экспоненты является число e. Это иррациональное число. Оно примерно равно
е ≈ 2,718281828459045...

Число e определяется через предел последовательности. Это, так называемый, второй замечательный предел:
e = limn → ∞( 1 + 1n  )n  . 

Также число e можно представить в виде ряда:
e = 2 + 12! + 13! + 14! + ...  + 1n! + ... . 

График экспоненты

График экспоненты е в степени х
График экспоненты, y = ex .

На графике представлена экспонента, е в степени х.
y(x) = е х
На графике видно, что экспонента монотонно возрастает.

Формулы

Основные формулы такие же, как и для показательной функции с основанием степени е .

ex  ⋅ ey  = ex + y  ; 
(ex )y  = exy  = (ey )x  ; 
e – x  = 1ex ;  exey = ex – y  ; 

e ln x  = x,   (x > 0 );  ln (ex ) = x . 

Выражение показательной функции с произвольным основанием степени a через экспоненту:
ax  = ex ⋅ ln a  . 

См. также раздел "Показательная функция" >>>

Частные значения

Пусть y(x) = e x . Тогда
y(0 ) = e 0  = 1;  y(1 ) = e 1  = e;  y(– 1 ) = e – 1  = 1e  . 

Свойства экспоненты

Экспонента обладает свойствами показательной функции с основанием степени е > 1 .

Область определения, множество значений

Экспонента y(x) = e x определена для всех x .
Ее область определения:
– ∞ < x + ∞ .
Ее множество значений:
0 < y < + ∞ .

Экстремумы, возрастание, убывание

Экспонента является монотонно возрастающей функцией, поэтому экстремумов не имеет. Основные ее свойства представлены в таблице.

  y = е х
Область определения – ∞ < x < + ∞
Область значений 0 < y < + ∞
Монотонность монотонно возрастает
Нули, y = 0 нет
Точки пересечения с осью ординат, x = 0 y = 1
limx →  + ∞ex + ∞
limx →  – ∞ex 0

Обратная функция

Обратной для экспоненты является натуральный логарифм.
ln ex  = x ; 
e ln y  = y,  y > 0 . 

Производная экспоненты

Производная е в степени х равна е в степени х:
(ex ) = ex  . 
Производная n-го порядка:
(ex  ) (n )  = ex  . 
Вывод формул > > >

Интеграл

ex  dx = ex  + C
См. также раздел "Таблица неопределенных интегралов" >>>

Комплексные числа

Действия с комплексными числами осуществляются при помощи формулы Эйлера:
eix  = cos x + i sin x , 
где i есть мнимая единица:
i 2  = – 1 . 

Выражения через гиперболические функции

sh x = ex  – e – x2  ;    ch x = ex  + e – x2  ; 
ex  = ch x + sh x . 

Выражения через тригонометрические функции

sin x = eix  – e – ix2i  ;    cos x = eix  + e – ix2  ; 
eix  = cos x + i sin x ; 
ex  = cos ix – i sin ix . 

Разложение в степенной ряд

ex  = Σn = 0  xnn! =  1 + x + x 22! + x 33! + x 44! +  ... 

Использованная литература:
И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, «Лань», 2009.

Автор: Олег Одинцов.     Опубликовано:   Изменено:

Меню