Показательная функция

Показательная функция — это функция y = a^x, где a > 0 и a ≠ 1.

Это одна из интереснейших функций в математике, и рассказ о ней мы начнём с древней индийской легенды.

Однажды царь узнал, что в его стране один мудрец изобрел замечательную игру — шахматы. Царь приказал доставить мудреца к себе во дворец, сыграл с ним несколько партий, и шахматы очень понравились ему. В восторге царь сказал мудрецу: «Выбирай себе любую награду. Всё получишь, чего ни пожелаешь!»

А мудрец ответил: «Пусть на первую клетку шахматной доски положат одно пшеничное зерно. На вторую — два, на третью — четыре, и на каждую следующую в два раза больше, чем на предыдущую. Всё это зерно и будет моей наградой».

Царь рассмеялся, решив, что мудрец, должно быть, спятил, раз просит о такой ничтожной вещи, как кучка зерна, но приказал слугам всё исполнить. И на первую клетку шахматной доски положили одно зерно (2⁰ = 1), на вторую два (2¹ = 2), на третью 2² = 4. На десятой клетке уже не помещались 2⁹ = 512 зёрен...

Несколько дней царский казначей вычислял требуемое количество зёрен. Оказалось, что выполнить просьбу мудреца невозможно — даже если все поля нашей планеты засеять пшеницей!

Зависимость, о которой говорится в легенде, описывается функцией y = 2^x. Построим её график. Для этого посчитаем значения функции при целых x, нанесём точки на координатную плоскость и соединим их плавной линией.

x	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4
y					1	2	4	8	16

Мы видим, что эта функция является возрастающей, и растёт она очень быстро. Более того — чем больше значение x, тем больше в этой точке крутизна графика. То есть растёт не только функция, но и её производная.
Теперь построим график функции :

x	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4
y	16	8	4	2	1

Эта функция — убывающая. Её график зеркально симметричен графику функции y = 2^x относительно оси Y.

Заметим, что при построении этих графиков мы сделали одно допущение.

Мы уже знаем, что такое степень с рациональным показателем — об этом рассказывается в статье «Степени и корни». Но понятия степени с иррациональным показателем мы не вводили (например, — что это такое?). Интуитивно мы чувствуем, что функция y = 2^x определена для всех действительных x и её график должен быть непрерывной линией, однако доказательство этого выходит за рамки школьного курса.

Тем не менее, свойства показательной функции y = a^x активно используются при решении задач. Перечислим наиболее важные из них.

1. Область определения функции — все действительные числа: D(y) = R.

2. Область значений функции: E(y) = (0; ).

3. Поскольку a⁰ = 1, график проходит через точку (0, 1).

4. При a > 1 функция возрастает. При 0 < a < 1 функция убывает: