趣味函数图鉴

数学分析八讲 · 经典函数可视化

每函数 ,n 平滑变化

y = xn · (1 - xn),x ∈ [0, 1]

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《数学分析八讲》典型例子。n→∞ 时极值点 x=2-1/n→1,峰值在右端变尖。

y = xn,x ∈ [0, 1]

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幂函数序列收敛:n→∞ 时在 (0,1) 上逐点收敛于 0,在 x=1 处为 1,趋近「阶跃函数」。

y = sin(nπx),x ∈ [0, 1]

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Fourier 基:在 [0,1] 上有 n 个半周期,是 Fourier 级数和 Hilbert 空间的基本 building block。

y = e-n(x-½)²,x ∈ [0, 1]

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高斯钟形曲线:n→∞ 时在 x=½ 处收缩成 Dirac δ 型分布,常用于 mollifier 和卷积逼近。

y = tanh(nx),x ∈ [-1, 1]

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S 型激活:n→∞ 时趋近 sign(x),是神经网络中 sigmoid 类激活函数的代表。

y = xn/(xn+(1-x)n),x ∈ [0, 1]

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光滑阶跃:n→∞ 时在 x=½ 附近由 0 陡升到 1,常用于平滑插值和着色器 smoothstep。

y = 1/(1+25x2n),x ∈ [-1, 1]

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Runge 型:n=1 即经典 Runge 函数 1/(1+25x²);n↑ 时两端趋平、中部变陡,展示插值病态。

y = sinc(nx) = sin(nx)/(nx),x ∈ [-2π, 2π]

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sinc 函数:傅里叶分析与信号处理中的核心函数,n 控制主瓣宽度,sinc(0)=1 由极限定义。

y = x · sin(n/x),x ∈ [-0.5, 0.5]

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经典振荡函数:y = x·sin(1/x)(n=1)是分析学中的经典例子。x→0 时振荡越来越密,由夹逼知极限为 0,补充定义 f(0)=0 后连续但不可导。