Кол-во функций:

Как построить график функции с модулем

Построение графика функции с модулем: y = |x|

Функция с модулем — одна из базовых элементарных функций, которая каждому действительному числу ставит в соответствие его абсолютное значение. Общая формула записывается как:

$$y = |x|$$

Геометрически график функции y = |x| представляет собой два луча, выходящих из начала координат: один направлен вправо-вверх (при x ≥ 0), другой — влево-вверх (при x < 0). Вместе они образуют характерную V-образную фигуру, симметричную относительно оси ординат (оси Y).

Аналитически модуль раскрывается как кусочная функция:

$$y = |x| = \begin{cases} x, & x \ge 0 \\ -x, & x < 0 \end{cases}$$

Более общая форма функции с модулем, включающая линейное преобразование аргумента и сдвиг, записывается так:

$$y = a \cdot |x – h| + k$$

где параметры a, h и k управляют растяжением, горизонтальным и вертикальным сдвигами графика соответственно. Эта формула позволяет описать любое линейное преобразование базовой V-образной кривой.

Значение каждой переменной в формуле y = a·|x − h| + k

ПеременнаяОписаниеВлияние на график
xНезависимая переменная (аргумент функции)Определяет положение точки по горизонтальной оси
yЗависимая переменная (значение функции)Определяет положение точки по вертикальной оси
aКоэффициент растяжения / сжатия и отраженияПри |a| > 1 график сужается (растягивается по вертикали), при 0 < |a| < 1 — расширяется (сжимается по вертикали). При a < 0 график отражается вниз (V превращается в перевёрнутую V)
hГоризонтальный сдвиг (смещение вершины по оси X)При h > 0 вершина сдвигается вправо, при h < 0 — влево
kВертикальный сдвиг (смещение вершины по оси Y)При k > 0 вершина сдвигается вверх, при k < 0 — вниз

Область определения функции с модулем

Функция y = |x| определена для всех действительных чисел, поскольку абсолютное значение можно вычислить для любого числа. Область определения:

$$D(y) = (-\infty ;\; +\infty) = \mathbb{R}$$

Это означает, что в качестве аргумента можно подставить любое вещественное число — функция всегда вернёт корректный результат.

Для общей формы y = a·|x − h| + k область определения также остаётся неизменной:

$$D(y) = \mathbb{R} \quad \text{при любых } a \neq 0,\; h,\; k \in \mathbb{R}$$

Область значений функции с модулем

Поскольку модуль числа всегда неотрицателен, значения базовой функции y = |x| начинаются от нуля и уходят в плюс бесконечность:

$$E(y) = [0 ;\; +\infty)$$

Для общей формы y = a·|x − h| + k область значений зависит от знака коэффициента a:

  • Если a > 0 (ветви направлены вверх): $$E(y) = [k ;\; +\infty)$$
  • Если a < 0 (ветви направлены вниз): $$E(y) = (-\infty ;\; k]$$

Максимум и минимум функции с модулем

Базовая функция y = |x|

Функция y = |x| имеет единственный глобальный минимум в точке x = 0:

$$y_{\min} = |0| = 0 \quad \text{при } x = 0$$

Максимума функция не имеет — значения неограниченно возрастают при удалении от нуля в любую сторону.

Общая форма y = a·|x − h| + k

  • При a > 0 — вершина является точкой минимума: $$y_{\min} = k \quad \text{при } x = h$$ Максимум отсутствует (функция не ограничена сверху).
  • При a < 0 — вершина является точкой максимума: $$y_{\max} = k \quad \text{при } x = h$$ Минимум отсутствует (функция не ограничена снизу).

В обоих случаях экстремум достигается в вершине V-образного графика — в точке (h; k).

Производная функции с модулем

Функция y = |x| дифференцируема всюду, кроме точки x = 0, где график имеет излом (угловую точку). Производная записывается как:

$$y’ = (|x|)’ = \begin{cases} 1, & x > 0 \\ -1, & x < 0 \end{cases}$$

Это можно компактно записать через знаковую функцию:

$$y’ = \frac{x}{|x|} = \operatorname{sgn}(x), \quad x \neq 0$$

В точке x = 0 производная не существует, так как левая производная равна −1, а правая равна +1 — они не совпадают.

Производная общей формы y = a·|x − h| + k

$$y’ = a \cdot \frac{x – h}{|x – h|} = a \cdot \operatorname{sgn}(x – h), \quad x \neq h$$

При x > h производная равна a, при x < h равна −a. В точке x = h производная не определена.

Первообразная (интеграл) функции с модулем

Неопределённый интеграл функции y = |x| вычисляется с учётом знака аргумента:

$$\int |x|\, dx = \frac{x \cdot |x|}{2} + C$$

Эту формулу можно проверить, раскрыв модуль по участкам:

  • При x ≥ 0: ∫|x| dx = ∫x dx = x² / 2 + C
  • При x < 0: ∫|x| dx = ∫(−x) dx = −x² / 2 + C

Обе ветви объединяются в единую компактную запись:

$$\int |x|\, dx = \frac{x \cdot |x|}{2} + C = \frac{x^2 \cdot \operatorname{sgn}(x)}{2} + C$$

Первообразная общей формы y = a·|x − h| + k

$$\int \bigl(a|x – h| + k\bigr)\, dx = \frac{a(x – h)|x – h|}{2} + kx + C$$

Типичный пример: таблица значений для y = |x|

Рассмотрим базовую функцию y = |x| и вычислим её значения в нескольких характерных точках. Это поможет построить график по точкам:

xПодстановкаy = |x|
−4y = |−4| = 44
−3y = |−3| = 33
−2y = |−2| = 22
−1y = |−1| = 11
0y = |0| = 00
1y = |1| = 11
2y = |2| = 22
3y = |3| = 33
4y = |4| = 44

Из таблицы видно, что значения функции симметричны: y(−x) = y(x). Это подтверждает, что функция y = |x| является чётной. Минимальное значение y = 0 достигается в точке x = 0 — вершине V-образного графика.

Пример с преобразованной функцией: y = 2·|x − 1| − 3

Рассмотрим функцию y = 2·|x − 1| − 3. Здесь a = 2, h = 1, k = −3. Вершина графика находится в точке (1; −3), ветви направлены вверх.

xПодстановкаy = 2·|x − 1| − 3
−2y = 2·|−2 − 1| − 3 = 2·3 − 3 = 33
−1y = 2·|−1 − 1| − 3 = 2·2 − 3 = 11
0y = 2·|0 − 1| − 3 = 2·1 − 3 = −1−1
1y = 2·|1 − 1| − 3 = 2·0 − 3 = −3−3
2y = 2·|2 − 1| − 3 = 2·1 − 3 = −1−1
3y = 2·|3 − 1| − 3 = 2·2 − 3 = 11
4y = 2·|4 − 1| − 3 = 2·3 − 3 = 33

Вершина графика — точка (1; −3), что соответствует минимуму функции. Область определения: все действительные числа. Область значений: [−3; +∞).

Сводка основных свойств функции y = |x|

СвойствоЗначение
Общая формулаy = a·|x − h| + k
Область определения(−∞; +∞)
Область значений (a > 0)[k; +∞)
Область значений (a < 0)(−∞; k]
ЧётностьЧётная (при h = 0, k = 0)
НепрерывностьНепрерывна на всей числовой прямой
ДифференцируемостьВсюду, кроме x = h (точка излома)
Вершина графика(h; k)
Производная (x ≠ h)y’ = a·sgn(x − h)
Первообразнаяa(x − h)|x − h| / 2 + kx + C