Показательная функция, экспоненциальная функция, важная элементарная функция
f (z) = ez,
обозначается иногда expz; встречается в многочисленных приложениях математики к естествознанию и технике. Для любого значения z (действительного или комплексного) П. ф. определяется соотношением
;
Очевидно, что e0 = 1; при n = 1 значение П. ф. равно е — основанию натуральных логарифмов. П. ф. обладает следующими основными свойствами:
и
при любых значениях z1 и z2, кроме того, на действительной оси (рис.) П. ф. ex > 0 и при n ® ¥ возрастает быстрее любой степени х, а при х ® - ¥ убывает быстрее любой степени 1/x:
, ,
каков бы ни был показатель n. Функцией, обратной по отношению к П. ф., является логарифмическая функция: если w = ez, то z = lnw.
Рассматривается также П. ф. az при основаниях а > 0, отличных от е [например, в школьном курсе математики для действительных значений z = х рассматриваются П. ф. 2x, (1/2) x и т.д.]. П. ф. az связана с П. ф. ez (основной) соотношением
az = ezlna.
П. ф. ex является целой трансцендентной функцией. Она допускает следующее разложение в степенной ряд:
, (1)
сходящийся во всей плоскости z. Равенство (1) также может служить определением П. ф.
Полагая z = х + iy, Л. Эйлер получил (1748) формулу:
ez = ex+iy = ex (cosy + isiny), (2)
связывающую П. ф. с тригонометрическими функциями. Из неё вытекают соотношения:
, .
Функции
ch y, = sh y
называются гиперболическими функциями, обладают рядом свойств, сходных со свойствами тригонометрических функций, и играют наряду с последними важную роль в различных приложениях математики.
Из соотношения (2) следует, что П. ф. (комплексного переменного z) имеет период 2pi, то есть ez+2pi = ez или e2pi = 1. Производная П. ф. равна самой функции: (ez)' = ez.
Указанными свойствами П. ф. определяются её многочисленные приложения. В частности, П. ф. выражает закон (т. н. закон естественного роста), определяющий течение процессов, скорость которых пропорциональна наличному значению изменяющейся величины; примером могут служить химические мономолекулярные реакции или, при известных условиях, рост колоний бактерий. Периодичность П. ф. комплексного переменного наряду с другими её свойствами является причиной, по которой эта функция играет исключительно важную роль при изучении всяких периодических процессов, в частности колебаний и распространения волн.
Рис. к ст. Показательная функция.
Большая Советская Энциклопедия М.: "Советская энциклопедия", 1969-1978
Показательное распределение Показательное распределение, распределение вероятностей на действительной прямой с плотностью вероятностей р (х), равной при х ³ 0 показательной функции le-lx, l > 0 [отсюда назв...
Поккельса эффект Поккельса эффект, линейный электрооптический эффект, изменение преломления показателя света в кристаллах, помещенных в электрическое поле, пропорциональное напряжённости электрического п...
Покой у растений Покой у растений, физиологическое состояние растений, при котором у них резко снижаются скорость роста и интенсивность обмена веществ; возникло в ходе эволюции как приспособление для пер...