Exponenciální funkce

Vezmi list papíru a přelož ho napůl. Máš 2 vrstvy. Přelož ho ještě jednou — 4 vrstvy. Pak 8, 16, 32. Každé přeložení počet vrstev zdvojnásobí. Po x přeloženích máš 2ˣ vrstev.

Takové „násobení pořád stejným číslem“ popisuje exponenciální funkce. Proměnná x tu není v základu, ale v exponentu — odtud název.

Exponenciální funkce má předpis y = aˣ, kde základ a je kladné číslo různé od 1. Čteme „y se rovná a na x“.


Obsah


Tabulka hodnot a graf

Spočítejme hodnoty y = 2ˣ pro několik celých x:

x−2−10123
y = 2ˣ¼½1248

Všimni si dvou věcí:

  • Krok doprava (x o 1 větší) hodnotu zdvojnásobí.
  • Krok doleva hodnotu rozpůlí. Hodnota se blíží k nule, ale nikdy nulou nebude: ½, ¼, ⅛, …

Připomeň si: 2⁰ = 1 a záporný exponent znamená převrácenou hodnotu, například 2⁻² = 1/2² = ¼.

![Graf funkcí y = 2ˣ (oranžová), y = 3ˣ (plná černá) a y = (½)ˣ (přerušovaná černá); všechny tři procházejí bodem [0; 1]](/images/high-school/exponential-logarithmic-functions/exp-bases.png)

Na obrázku jsou tři exponenciální funkce. Všechny procházejí bodem [0; 1], protože každé kladné číslo na nultou je 1.

  • y = 3ˣ roste rychleji než y = 2ˣ: větší základ, strmější graf.
  • y = (½)ˣ je zrcadlový obraz y = 2ˣ podle osy y. Při základu mezi 0 a 1 funkce klesá.

Proč musí být základ kladný a různý od 1

  • Základ 1: 1ˣ = 1 pro každé x. To je konstantní funkce, nic exponenciálního na ní není.
  • Záporný základ: (−2)^½ = √(−2) neexistuje. Funkce by nebyla definovaná pro mnoho x.
  • Základ 0: 0⁻¹ = 1/0 nemá smysl.

Proto vždy platí a > 0 a a ≠ 1 (čteme „a je větší než nula a různé od jedné“).


Vlastnosti exponenciální funkce

Vlastnosta > 1 (např. 2ˣ)0 < a < 1 (např. (½)ˣ)
Definiční oborvšechna reálná čísla ℝvšechna reálná čísla ℝ
Obor hodnot(0; ∞), jen kladná čísla(0; ∞), jen kladná čísla
Monotonierostoucíklesající
Bod grafu[0; 1][0; 1]
Asymptotaosa x, tedy y = 0 (vlevo)osa x, tedy y = 0 (vpravo)
Asymptota je přímka, ke které se graf stále víc přibližuje, ale nikdy se jí nedotkne. U y = 2ˣ je to osa x: hodnoty ½, ¼, ⅛ … jsou stále blíž k nule, ale pořád kladné.

💡 Funkce je prostá — každou hodnotu nabývá jen jednou. Díky tomu má inverzní funkci, logaritmus. Víc v článku Logaritmická funkce.


Posunutý graf

Předpis y = a^(x − m) + n posouvá graf y = aˣ:

  • o m doprava (při záporném m doleva),
  • o n nahoru (při záporném n dolů).

Spolu s grafem se posune i asymptota a bod [0; 1].

Řešený příklad

Načrtni graf y = 2^(x − 2) + 1.

  1. Asymptota se posune o 1 nahoru: y = 1.
  2. Bod [0; 1] se posune o 2 doprava a o 1 nahoru: [2; 2]. Je to místo, kde je exponent nula: x − 2 = 0.
  3. O jednotku dál doprava je exponent 1: y = 2¹ + 1 = 3, bod [3; 3].
  4. Základ 2 je větší než 1, funkce roste.

![Přerušovaný graf y = 2ˣ a oranžový graf y = 2^(x − 2) + 1, který je posunutý o 2 doprava a o 1 nahoru; asymptota y = 1, body [0; 1] a [2; 2]](/images/high-school/exponential-logarithmic-functions/exp-shift.png)

💡 Jak poznat předpis z grafu? Najdi asymptotu (to je n), bod, kde je graf ve výšce 1 nad asymptotou (jeho x je m), a o jednotku dál přečti, kolikrát graf narostl (to je a).


Nejčastější chyby

  • Záměna s mocninnou funkcí. y = x² má proměnnou v základu, y = 2ˣ v exponentu. Pro x = 10 je x² = 100, ale 2¹⁰ = 1 024.
  • „Graf protne osu x.“ Neprotne. Exponenciální funkce y = aˣ je vždy kladná.
  • Špatné znaménko posunu. y = 2^(x − 2) je posunutá o 2 doprava, ne doleva. Bod [2; 2] má exponent 2 − 2 = 0.
  • 2⁻¹ = −2. Ne, 2⁻¹ = ½. Záporný exponent dává převrácenou hodnotu, ne záporné číslo.

Ve zkratce

  • Exponenciální funkce: y = aˣ, kde a > 0 a a ≠ 1.
  • Při a > 1 roste, při 0 < a < 1 klesá.
  • Graf vždy prochází bodem [0; 1], obor hodnot jsou kladná čísla, asymptota je osa x.
  • y = a^(x − m) + n je graf posunutý o m doprava a o n nahoru, asymptota y = n.

Zkus si sám

  1. Spočítej hodnoty y = 3ˣ pro x = −1, 0, 2.
  2. Je funkce y = (0,8)ˣ rostoucí, nebo klesající?
  3. Jakou asymptotu má graf y = 5ˣ − 3?
  4. Kterým bodem prochází graf y = 2^(x + 1) v místě, kde je exponent nula?
Řešení:
  1. 3⁻¹ = ⅓, 3⁰ = 1, 3² = 9.
  2. Klesající, protože základ 0,8 leží mezi 0 a 1.
  3. y = −3 (graf je posunutý o 3 dolů).
  4. Exponent je nula pro x = −1, proto bod [−1; 1].

Procvič si

👉 Další článek: Exponenciální růst a pokles