符号函数

符號函數
性質
奇偶性	奇函數
定義域	(-∞,∞)
到達域	${\displaystyle \operatorname {sgn} x\in \{-1,0,1\}}$
周期	N/A
特定值
當x=0	0
當x=+∞	1
當x=-∞	-1
最大值	1
最小值	-1
其他性質
渐近线	N/A
根	0
臨界點	N/A
拐點	N/A
不動點	0,1,-1

符號函數（Sign function，簡稱sgn）是一個邏輯函數，用以判斷實數的正負號。為避免和英文讀音相似的正弦函數（sine）混淆，它亦稱為Signum function。其定義為：

符號函數的微分

符號函數（藍色）、符號函數的微分（橘色），其中，符號函數的微分正好是2倍的狄拉克δ函数

${\displaystyle \operatorname {sgn} x=\left\{{\begin{matrix}-1&:&x<0\\0&:&x=0\\1&:&x>0\end{matrix}}\right.}$

性质

用艾佛森括號定義：

${\displaystyle \operatorname {sgn} x=-[x<0]+[x>0]}$ 

任何實數都可以表示為其絕對值和符號函數的積：

${\displaystyle x=(\operatorname {sgn} x)|x|}$ 

若x不為零，可以由上式得出符號函數的另一個定義：

${\displaystyle \operatorname {sgn} x={x \over |x|}}$ 

符號函數是絕對值函數的導數：

${\displaystyle {\frac {d|x|}{dx}}={\frac {x}{|x|}}=\operatorname {sgn} x}$ 

除了在0，符號函數可微分，其導數為0。透過一般化微分概念，可以說符號函數的導數是狄拉克δ函數的兩倍：

${\displaystyle {d\ \operatorname {sgn} x \over dx}=2\delta (x)}$ 

它和單位步階函數的關係：

${\displaystyle \operatorname {sgn} x=2H_{1/2}(x)-1}$ 

推广到复数

符號函數可以推廣到複數：對於任意${\displaystyle z\in \mathbb {C} \backslash \{0\}}$ ，

${\displaystyle \operatorname {sgn} z={\frac {z}{|z|}}}$ 

对于任何z ∈ ${\displaystyle \mathbb {C} }$ ，除了z = 0以外。复数z的符号函数，是复平面上中心为原点的单位圆上距离z最近的点。那么，对于z ≠ 0，有：

${\displaystyle \operatorname {sgn} z=\exp(i\arg z)\,,}$ 

其中arg表示辐角。
出于对称的原因，并且为了实现对实数的符号函数的适当推广，对于z = 0，也常常在复数域中定义：

${\displaystyle \operatorname {sgn} 0=\operatorname {sgn}(0+0i)=0.}$ 

符号函数在复数范围的另外一个推广是csgn函数，定义为：

${\displaystyle \operatorname {csgn} (z)={\begin{cases}1&{\text{if }}\Re (z)>0\lor (\Re (z)=0\land \Im (z)>0),\\-1&{\text{if }}\Re (z)<0\lor (\Re (z)=0\land \Im (z)<0),\\0&{\text{if }}\Re (z)=\Im (z)=0.\end{cases}}}$ 

即是在一四象限及 xy 轴正半轴為1，二三象限及 xy 轴负半轴为-1，原点為0。
对于 csgn，我们有（除了z = 0以外）：

${\displaystyle \operatorname {csgn} (z)={\frac {z}{\sqrt {z^{2}}}}={\frac {\sqrt {z^{2}}}{z}}.}$