| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.1.A |
|
1.1.B |
|
多项式函数与有理函数
AP 微积分预备 · 第 1 主题
1.1
协同变化
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个函数(function)是一个把每个输入映射到恰好一个输出的规则。允许的输入的集合是定义域(domain);输出的集合是值域(range)。输入变量是自变量(independent variable)而输出变量是因变量(dependent variable)。一个函数规则能用图象、数值、解析式(一个公式),或文字展示。
随着输入变化,输出"齐头并进"地——一起——变化。在一个区间上,一个函数是:
- 递增(increasing),若每当 $a 时,那么 $f(a)
(更大的输入、更大的输出); - 递减(decreasing),若每当 $a 时,那么 $f(a)>f(b)$(更大的输入、更小的输出)。
一个函数的图象显示它所有的输入-输出对,所以你能从图片直接读这个行为。
Watch two quantities change together
y = ax² + bx + c
Precalculus studies how an output changes in tandem with its input. Read the curve left to right: where it is steep, $y$ changes a lot for a small change in $x$; where it is flat, $y$ barely moves.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| function | 函数 | hán shù |
| domain | 定义域 | dìng yì yù |
| range | 值域 | zhí yù |
| independent variable | 自变量 | zì biàn liàng |
| dependent variable | 因变量 | yīn biàn liàng |
| increasing | 递增 | dì zēng |
| decreasing | 递减 | dì jiǎn |
1.2
变化率
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.2.A |
|
1.2.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个函数在一个区间上的平均变化率(average rate of change)是输出的变化除以输入的变化——会给出相同总变化的单个恒定的率。在 $[a,b]$ 上:
一个点处的变化率(rate of change at a point)测量输出恰好在那个输入处变化多快。你用点周围小区间上的平均率近似它。比较两个点,有更大平均率(在足够小的区间上)的那个变化更快。一个正的率意味着两个量朝相同方向移动;一个负的率意味着它们朝相反方向移动。
Worked example. 对于 $f(x)=x^2$,在 $[1,4]$ 上的平均变化率是 $\dfrac{f(4)-f(1)}{4-1}=\dfrac{16-1}{3}=5$。在 $[1,2]$ 上它是 $\dfrac{4-1}{1}=3$ ——率本身变化,这正是为什么 $f$ 不是线性的。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| average rate of change | 平均变化率 | píng jūn biàn huà lǜ |
1.3
线性函数与二次函数的变化率
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.3.A |
|
1.3.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
在 $[a,b]$ 上的平均变化率是从 $(a,f(a))$ 到 $(b,f(b))$ 的割线(secant line)的斜率。

- 对于一个线性(linear)函数,在任何区间上的平均变化率是恒定的——所以率变化的率是零。
- 对于一个二次(quadratic)函数,在等长区间上的平均变化率本身形成一个线性模式——所以那些率以一个恒定的率变化。
这个"率的率"思想区别函数类型:一个恒定的二阶差标志一个二次。
Explore a quadratic's changing rate
y = ax² + bx + c
Move the sliders and watch the parabola 抛物线 tilt. Its average rate of change is not constant — the slope is positive on one side of the vertex 顶点 and negative on the other. Notice how $a$ opens it up or down.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| secant line | 割线 | gē xiàn |
| linear | 线性 | xiàn xìng |
| quadratic | 二次 | èr cì |
1.4
多项式函数与变化率
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.4.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个非常数多项式(polynomial)有形式
关键特征:
- 一个多项式在递增和递减之间切换的地方,它有一个局部(相对)极值(local (relative) extremum)。只有当多项式确实有全局极值时,最大的局部极大值才是全局(绝对)最大值(global (absolute) maximum)——但大多数多项式是无界的(每个奇次多项式都会跑向 $\pm\infty$),所以它们根本没有全局最大值或最小值。
- 在任何两个不同的实零点之间有至少一个局部极大值或极小值。
- 一个偶次(even-degree)多项式有一个全局最大值或一个全局最小值。
- 一个拐点(point of inflection)是图象改变凹凸性的地方——从上凹(concave up)到下凹(concave down)或反过来——即变化率在递增和递减之间切换的地方。
- 一个函数有对称性,当它是偶函数(even)时——$f(-x)=f(x)$,图象关于 $y$ 轴对称(像 $x^2$、$x^4$)——或是奇函数(odd)时——$f(-x)=-f(x)$,图象关于原点旋转对称(像 $x^3$、$x^5$)。用代入 $-x$ 并化简来检验;后面,$\cos\theta$ 是偶的而 $\sin\theta$ 是奇的。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| polynomial | 多项式 | duō xiàng shì |
| degree | 次数 | cì shù |
| leading term | 首项 | shǒu xiàng |
| leading coefficient | 首项系数 | shǒu xiàng xì shù |
| local (relative) extremum | 局部极值 | jú bù jí zhí |
| global (absolute) maximum | 全局最大值 | quán jú zuì dà zhí |
| point of inflection | 拐点 | guǎi diǎn |
| concave up | 上凹 | shàng āo |
| concave down | 下凹 | xià āo |
| even | 偶函数 | ǒu hán shù |
| odd | 奇函数 | jī hán shù |
1.5
多项式函数与复数零点
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.5.A |
|
1.5.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
$p$ 的一个零点(zero)(或根(root))是一个 $p(a)=0$ 的数 $a$。对于一个实 $a$,$(x-a)$ 恰好当 $a$ 是一个零点时是 $p$ 的一个因式。若因式 $(x-a)$ 被重复 $n$ 次,那个零点有重数(multiplicity)$n$。计入重数,一个 $n$ 次多项式恰好有 $n$ 个复数(complex)零点。

- 一个实零点 $a$ 在 $(a,0)$ 给出一个 $x$ 截距;实零点是 $p(x)\ge 0$ 或 $\le 0$ 的区间的端点。
- 非实零点成共轭(conjugate)对:若 $a+bi$ 是一个零点,$a-bi$ 也是。
- 在一个偶重数的实零点处图象与 $x$ 轴相切(tangent)(它触及但不穿越);在奇重数它穿越。
- 次数等于等距输出的第 $n$ 个逐次差(successive differences)变得恒定的最小 $n$。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| zero | 零点 | líng diǎn |
| root | 根 | gēn |
| multiplicity | 重数 | chóng shù |
| complex | 复数 | fù shù |
| conjugate | 共轭 | gòng è |
1.6
多项式函数与末端行为
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.6.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
末端行为(end behavior)描述随着输入无界地增长一个函数走向哪里。对于一个非常数多项式,随着 $x\to\pm\infty$ 输出走向 $+\infty$ 或 $-\infty$,例如写 $\lim_{x\to\infty}p(x)=\infty$。哪个方向完全取决于首项 $a_n x^n$,因为对于大的 $|x|$ 它主导所有低次的项:$a_n$ 的符号以及 $n$ 是偶还是奇固定两端。

See how the leading term sets the end behavior
y = ax³ + bx² + cx + d
The leading term decides the ends. For a cubic with $a>0$ the graph falls on the left and rises on the right; make $a<0$ and the two ends swap. As $x\to\pm\infty$ the highest-power term dominates every other term.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| End behavior | 末端行为 | mò duān xíng wéi |
1.7
有理函数与末端行为
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.7.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个有理函数(rational function)是两个多项式的一个商,$r(x)=\dfrac{\text{numerator}}{\text{denominator}}$。它的末端行为由首项的商支配:

- 分子次数 > 分母次数: 商是一个非常数多项式,而 $r$ 遵循那个多项式的末端行为。若那个商是线性的,图象有一条斜渐近线(slant asymptote)。
- 相等的次数: 商是一个常数,给出一条水平渐近线(horizontal asymptote)$y=$ 首项系数之比。
- 分子次数 < 分母次数: 商趋于 $0$,所以水平渐近线是 $y=0$。
在一条水平渐近线 $y=b$ 处,输出得到并保持任意地接近 $b$:$\lim_{x\to\pm\infty}r(x)=b$。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| rational function | 有理函数 | yǒu lǐ hán shù |
| slant asymptote | 斜渐近线 | xié jiàn jìn xiàn |
| horizontal asymptote | 水平渐近线 | shuǐ píng jiàn jìn xiàn |
1.8
有理函数与零点
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.8.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个有理函数的实零点是它分子仍然在定义域里的实零点。这些零点,连同分母的零点,把数轴分成你在解不等式 $r(x)\ge 0$ 或 $r(x)\le 0$ 时测试的区间。
1.9
有理函数与竖直渐近线
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.9.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一条垂直渐近线(vertical asymptote)在 $x=a$ 出现,当 $a$ 是分母的一个零点但不被分子约去时——更精确地,当它在分母里的重数超过它在分子里的重数时。它附近,分母近乎零,所以 $r$ 射向 $\pm\infty$:$\lim_{x\to a^{\pm}}r(x)=\pm\infty$。检查每一侧,因为两侧能走相反的方向。
Worked example. 描述 $r(x)=\dfrac{2x^2+3}{x^2-1}$。分子和分母有相等的次数,所以水平渐近线是 $y=\dfrac{2}{1}=2$。分母 $x^2-1$ 在 $x=\pm1$ 为零而两者都不约去,所以在 $x=1$ 和 $x=-1$ 有垂直渐近线。

Explore a vertical asymptote
y = a/(x − b) + c
This is $y = \dfrac{a}{x-b} + c$. The graph shoots off toward $\pm\infty$ at the vertical asymptote 竖直渐近线 $x = b$ (where the bottom is zero) and levels off toward the horizontal asymptote 水平渐近线 $y = c$. Slide $b$ and $c$ to move each line.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| vertical asymptote | 垂直渐近线 | chuí zhí jiàn jìn xiàn |
1.10
有理函数与空洞
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.10.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个空洞(hole)(可去点)在 $x=c$ 出现,当一个因式约去时——分子里零点 $c$ 的重数至少是它在分母里的重数。图象缺失一个单一的点。它的高度是化简后函数的极限:若 $c$ 附近的输入给出 $L$ 附近的输出,空洞在 $(c,L)$,而 $\lim_{x\to c}r(x)=L$。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| hole | 空洞 | kōng dòng |
1.11
多项式与有理表达式的等价表示
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.11.A |
|
1.11.B |
|
1.11.C |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
同一个表达式,以不同的方式写,揭示不同的特征:
- 因式形式显示实零点,因而 $x$ 截距、空洞、垂直渐近线和定义域。
- 标准形式(展开)显示次数和首项,因而末端行为。
多项式长除法(polynomial long division)重写 $f(x)=g(x)\,q(x)+r(x)$,其中 $q$ 是商(quotient)而 $r$ 是余数(remainder)(次数小于 $g$)。当分子的次数比分母的大一时,商给出一条斜渐近线的方程。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Polynomial long division | 多项式长除法 | duō xiàng shì zhǎng chú fǎ |
| quotient | 商 | shāng |
| remainder | 余数 | yú shù |
1.12
函数的变换
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.12.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个变换(transformation)从一个旧函数 $f$ 构建一个新函数:

- 平移(translations)(移动):$f(x)+k$ 上/下移;$f(x-h)$ 右/左移。
- 伸缩(dilations)(拉伸):$a\,f(x)$ 竖直拉伸;$f(bx)$ 水平拉伸。
- 反射(reflections):$-f(x)$ 翻过 $x$ 轴;$f(-x)$ 翻过 $y$ 轴。
组合加性移动和乘性拉伸以为一个已知形状的移动、缩放版本建模。

Explore shifts, stretches, and flips
Choose translate, reflect, rotate, or enlarge and change the amount. Watch which features stay the same — a transformation 变换 moves the whole graph without changing its underlying rule.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| transformation | 变换 | biàn huàn |
| Translations | 平移 | píng yí |
| Dilations | 伸缩 | shēn suō |
| Reflections | 反射 | fǎn shè |
1.13
函数模型选择与假设阐述
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.13.A |
|
1.13.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
选择一个模型(model)意味着把一个函数类型匹配到一个量如何变化。一个线性模型拟合一个恒定的变化率;一个二次拟合一个恒定的二阶差;一个多项式拟合有几个转折的数据。在几何情形里,维数是一个强提示:关于面积(二维)的量通常是二次的,而关于体积(三维)的量通常是三次的——例如一个盒子的体积作为一个切割长度的函数。陈述你的模型依赖的假设(assumptions)(例如,模式继续),因为一个模型只在那些假设成立的地方有效。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| model | 模型 | mó xíng |
| assumptions | 假设 | jiǎ shè |
1.14
函数模型的构建与应用
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
1.14.A |
|
1.14.B |
|
1.14.C |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
要构建一个模型,用给定的特征——点、截距、带重数的零点、末端行为——写函数,然后用它在上下文里回答问题。总是对照对情况有意义的定义域检查答案,并用它们的现实世界单位解释输出。
一个分段函数(piecewise-defined function)在定义域的不重叠区间上用不同的规则。要求它的值,选区间包含输入的那个分支。例如,
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| piecewise-defined function | 分段函数 | fēn duàn hán shù |
1.14
考试技巧
- 通过它的变化率读一个函数:平均率 = 割线斜率;一个恒定的率意味着线性,一个线性变化的率意味着二次。
- 因式分解一个多项式以求零点(x 截距)及其重数;偶重数触及、奇穿越坐标轴。
- 末端行为由首项设定;一个有理函数的渐近线来自顶部和底部的次数。
- 从关键特征(点、零点、末端行为)构建模型并陈述你的假设。
- 精确地描述变换:移动 $f(x-h)+k$、拉伸 $af(bx)$、反射 $-f(x)$ / $f(-x)$。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。