Hàm số sơ cấp là gì? Các hàm lượng giác nào là hàm sơ cấp mới nhất 2023

Trong toán học, một hàm số sơ cấp là một hàm của một biến số và là tổ hợp của một số hữu hạn các phép toán số học (+ – × ÷), hàm mũ, logarit, hằng số và các nghiệm của phương trình đại số (tổng quát cho căn bậc n).

Các hàm số sơ cấp (của x) bao gồm:

• Lũy thừa của

  x

  :

  x
  ,

  x

  2

  ,

  x

  3

  ,

  {displaystyle x{text{: }}x, x^{2}, x^{3},}

   

  ….

• Căn của

  x

  :

  x

  ,

  x

  3

  ,

  {displaystyle x{text{: }}{sqrt {x}}, {sqrt[{3}]{x}},}

   

  ….

• Hàm mũ:

  e

  x

  {displaystyle e^{x}}

   

  

• Logarit:

  log
  ⁡
  x

  {displaystyle log x}

   

  

• Hàm lượng giác:

  sin
  ⁡
  x
  ,

  cos
  ⁡
  x
  ,

  {displaystyle sin x, cos x,}

   

  ….

• Hàm lượng giác ngược:

  arcsin
  ⁡
  x
  ,

  arccos
  ⁡
  x
  ,

  {displaystyle arcsin x, arccos x,}

   

  ….

• Hàm Hyperbolic:

  sinh
  ⁡
  x
  ,

  cosh
  ⁡
  x
  ,

  {displaystyle sinh x, cosh x,}

   

  ….

• Tất cả các hàm số được tạo thành bằng cách thay x (trong một hàm số sơ cấp) bởi bất kỳ một hàm số sơ cấp nào khác.
• Tất cả các hàm số được tạo thành bằng cách cộng, trừ, nhân hay chia các hàm số sơ cấp trước đó^[1]

Từ định nghĩa trên ta có thể thấy rằng tập hợp các hàm sơ cấp là đóng đối với các phép toán số học và phép hợp hàm. Nó cũng đóng đối với phép đạo hàm nhưng không đóng đối với phép tính giới hạn và chuỗi (tổng vô hạn).

Nên nhớ rằng, tập các hàm số sơ cấp không đóng đối với phép tính nguyên hàm, như đã được chứng mình bởi định lý Liouville, có thể tìm đọc các bài viết về các nguyên hàm không cơ bản để hiểu rõ hơn.

Một vài hàm số sơ cấp, như căn thức, logarit hay lượng giác ngược không xác định trên toàn bộ mặt phẳng phức và có thể có nhiều giá trị khác nhau.

Các hàm số sơ cấp lần đầu được Joseph Liouville trong một chuỗi các bài viết từ năm 1833 đến năm 1841.^[2][3][4] Một nghiên cứu đại số về các hàm sơ cấp cũng đã được Joseph Fels Ritt khởi xướng những năm 1930.^[5]

Một vài ví dụ

Các ví dụ của hàm số sơ cấp bao gồm:

• Phép cộng, ví dụ: (x+1)
• Phép nhân, ví dụ: (2x)
• Hàm đa thức

• e

  tan
  ⁡
  x

  1
  +

  x

  2

  sin
  ⁡

  (

  1
  +
  (
  ln
  ⁡
  x

  )

  2

  )

  {displaystyle {dfrac {e^{tan x}}{1+x^{2}}}sin left({sqrt {1+(ln x)^{2}}}right)}

   

  

• −
  i
  ln
  ⁡
  (
  x
  +
  i

  1
  −

  x

  2

  )

  {displaystyle -iln(x+i{sqrt {1-x^{2}}})}

   

  

Hàm số cuối cùng tương đương với

arccos
⁡
x

{displaystyle arccos x}

, một hàm lượng giác ngược, trên toàn mặt phẳng phức. Do đó, nó là một hàm sơ cấp.

Các hàm số không sơ cấp

Một ví dụ của hàm số không sơ cấp là hàm sai số

• e
  r
  f

  (
  x
  )
  =

  2

  π

  ∫

  0

  x

  e

  −

  t

  2

  d
  t
  ,

  {displaystyle mathrm {erf} (x)={frac {2}{sqrt {pi }}}int _{0}^{x}e^{-t^{2}},dt,}

   

  

Điều này có thể không được nhìn thấy ngay lập tức, nhưng có thể được chứng minh sử dụng Thuật toán Risch.

• Có thể xem thêm các ví dụ khác tại Hàm số Liouville và Nguyên hàm không cơ bản.

Xem thêm

• Biểu thức dạng đóng
• Định lý vi phân Galois
• Hàm số đại số
• Hàm số siêu việt

Ghi chú

Nguồn tham khảo

• Liouville, Joseph (9 tháng 6 năm 2021). “Premier mémoire sur la détermination des intégrales dont la valeur est algébrique”. Journal de l’École Polytechnique. tome XIV: 124–148.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
• Liouville, Joseph (9 tháng 6 năm 2021). “Second mémoire sur la détermination des intégrales dont la valeur est algébrique”. Journal de l’École Polytechnique. tome XIV: 149–193.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
• Liouville, Joseph (9 tháng 6 năm 2021). “Note sur la détermination des intégrales dont la valeur est algébrique”. Journal für die reine und angewandte Mathematik. 10: 347–359.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
• Ritt, Joseph (1950). Differential Algebra. AMS.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
• Rosenlicht, Maxwell (1972). “Integration in finite terms”. American Mathematical Monthly. 79 (9): 963–972. doi:10.2307/2318066. JSTOR 2318066.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)

Nâng cao

• Davenport, J. H.: What Might “Understand a Function” Mean. In: Kauers, M.; Kerber, M., Miner, R.; Windsteiger, W.: Towards Mechanized Mathematical Assistants. Springer, Berlin/Heidelberg 2007, p. 55-65. [1]

Liên kết ngoài

• Elementary functions at Encyclopaedia of Mathematics
• Weisstein, Eric W., “Elementary function” từ MathWorld.