Funcţii

Funcții (definiție, terminologie)

Fie A și B două mulțimi și o lege de corespondență f, care face ca fiecărui element x din A să îi corespundă un singur element y din B. Vom spune că am definit o funcție pe A cu valori în B.

Mulțimea A se numește domeniul de definiție al funcției, iar mulțimea B se numește codomeniu.

Notație:

f:ABf(x)=y

 

Pentru a defini o funcție, trebuie să cunoaștem:

  • domeniul de definiție
  • codomeniul (mulțimea în care ia valori funcția)
  • legea de corespondență.

Legea de corespondență poate fi dată în trei moduri:

  • printr-o formulă de calcul
  • printr-un tabel de valori 
  • printr-o diagramă.

Exemplu de funcție:

f:0,1,21,2,3,   f(x)=x+1.

 

Mulțimea valorilor unei funcții

Fie f : A→B o funcție. Imaginea funcției f (sau mulțimea valorilor funcției f ) este mulțimea:

                                                      Imf=f(x)  xA

Observație. Imaginea unei funcții se mai poate nota și astfel:

Imf=f(A)= yB  xA, a. î. y=f(x) 

ImfB

Exemplu:

f:1,20,3,6,9,   f(x)=3xf(1)=3 f(2)=6 Imf=f(1), f(2)=3,6

 

Citirea graficului unei funcții

Fie f : A→B o funcție. Mulțimea punctelor din plan având coordonatele (x, f(x)), unde x este un element din mulțimea A, va fi numită graficul funcției f.

                                        Gf= x, f(x)  xA 

Un punct M(a,b) aparține graficului unei funcții dacă și numai dacă f(a)=b.

 M(a,b)Gff(a)=b 

Graficul unei funcții

Fie f : A→B o funcție. Mulțimea punctelor din plan având coordonatele (x, f(x)), unde x este un element din mulțimea A, va fi numită graficul funcției f.

                                        Gf= x, f(x)  xA 

Un punct M(a,b) aparține graficului unei funcții dacă și numai dacă f(a)=b.

 M(a,b)Gff(a)=b 

Graficul unei funcții liniare

O funcție 

f:,  f(x)=ax+b,  a, b

se numește funcție liniară.

Reprezentarea geometrică a graficului unei funcții liniare este o dreaptă.

Pentru a trasa acest grafic, este suficient să-i determinăm două puncte (dăm variabilei x două valori distincte).

Cazuri particulare:

  • dacă a=0, se obține funcția f(x)= b, numită funcție constantă, pentru ca toate valorile ei sunt egale cu b. Graficul unei funcții constante este o dreaptă paralelă cu axa absciselor, care trece prin punctul de coordonate (0,b).
  • dacă b=0, se obține funcția f(x)= ax, al cărei grafic este o dreaptă care trece prin origine.
  • dacă a=0 și b=0, se obține funcția f(x)= 0, al cărei grafic este axa Ox.

Graficul unei funcții liniare (Intersecția cu axele de coordonate)

Când trasăm graficul unei funcții liniare f(x)=ax+b, uneori este mai util să găsim acele puncte care se află la intersecția dintre grafic și axele de coordonate.

  • pentru a determina punctul de intersecție dintre graficul funcției și axa OY, punem condiția x=0 și apoi calculăm f(0). Punctul va avea coordonatele A(0; f(0)).
  • pentru a găsi punctul de intersecție dintre graficul funcției și axa OX, punem condiția ca f(x)=0 și rezolvăm apoi această ecuație, determinând valoarea lui x. Soluția ecuației va fi x= -b/a. Astfel, punctul de intersecție va avea coordonatele B(-b/a; 0).

GfOy=A0; f(0)GfOx=B-ba; 0.

Funcții numerice

Definiție. Fie A și B două submulțimi ale mulțimii numerelor reale. Funcția

f:AB

se numește funcție numerică (sau funcție reală de variabilă reală).

Exemple:

a) f:, f(x)=x;b) f:1,2, f(x)=x2;

Contraexemplu: fie A mulțimea țărilor din Europa și B mulțimea capitalelor; funcția care asociază fiecărei țări, capitala corespunzătoare NU este o funcție numerică.

Definiție. Graficul funcției f este mulțimea de perechi:

Gf=x, f(x)  xA=(x,y)  xA, yBA×B.

Intersecția graficului funcției f cu axele de coordonate:

GfOx=A(x,0)  f(x)=0GfOy=B(0,y)  y=f(0).

Observație:

M(x,y)Gff(x)=y.

 

Operații cu funcții numerice

Fie funcțiile:

f:A, g:B, A, B.

  • Suma funcțiilor f și g este funcția:

f+g:AB, (f+g)(x)=f(x)+g(x), xAB.

  • Produsul funcțiilor f și g este funcția:

f·g:AB, (f·g)(x)=f(x)·g(x), xAB.

  • Câtul dintre funcția f și funcția g este funcția:

fg:AB-x  g(x)=0 , fg(x)=f(x)g(x), xAB, g(x)0.

  • Produsul dintre un număr real și funcția f este funcția:

αf:A, (αf)(x)=αf(x), xA (α).

 

Funcții mărginite (aplicații)

Fie funcția:

f:AB, A, B.

Definiție. Imaginea funcției f (sau mulțimea valorilor funcției f) este mulțimea:

Imf=f(A)=f(x)  xA =yB  xA a. î. f(x)=yB. 

Definiție. Funcția f este mărginită dacă mulțimea valorilor funcției este inclusă într-un interval de numere reale.

Funcția f este mărginită dacă:

 a, b a. î. af(x)b, xA. a, b a. î. Imfa,b M>0 a. î. f(x)M, xA.

Observație. Dacă o funcție este mărginită, atunci graficul acesteia este cuprins între două drepte paralele cu axa Ox.

Funcții mărginite (teorie)

Fie funcția:

f:AB, A, B.

Definiție. Imaginea funcției f (sau mulțimea valorilor funcției f) este mulțimea:

Imf=f(A)=f(x)  xA =yB  xA a. î. f(x)=yB. 

Definiție. Funcția f este mărginită dacă mulțimea valorilor funcției este inclusă într-un interval de numere reale.

Funcția f este mărginită dacă:

 a, b a. î. af(x)b, xA. a, b a. î. Imfa,b M>0 a. î. f(x)M, xA.

Observație. Dacă o funcție este mărginită, atunci graficul acesteia este cuprins între două drepte paralele cu axa Ox.

Funcții pare, impare

Definiție. O mulțime A se numește mulțime simetrică dacă:

xA-xA   (A).

Definiție.Fie f o funcție numerică și A o mulțime simetrică

f:AR   (A).

Atunci:

  • f se numește funcție pară dacă:

f(-x)=f(x), xA.

  • f se numește funcție impară dacă:

f(-x)=-f(x), xA.

Observație. Graficul unei funcții pare este simetric față de axa Oy, iar graficul unei funcții impare este simetric față de originea O a reperului cartezian.

Funcții periodice

Fie funcția

f:AR, A.

Definiție. Funcția f se numește funcție periodică dacă:

 T>0  a. î. xA să avem:  f(x+T)=f(x)

Numărul T se numește perioadă a funcției. Cea mai mică perioadă a funcției (dacă există) se numește perioadă principală. 

Proprietate. Dacă f este o funcție periodică având perioada T, atunci pentru

xA, k a. î. (x+kT)A

are loc relația:

f(x+kT)=f(x).

Observație. Reprezentarea grafică a unei funcții periodice se poate obține trasând graficul acesteia pe un interval de lungimea unei perioade T și apoi translatându-l la stânga și la dreapta de-a lungul axei Ox pe intervale de lungimea T.

 

 

Funcții monotone (teorie)

Fie funcția

f:AB, A, B.

Definiții: 

  • Funcția f este crescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)f(x2).

  • Funcția f este strict crescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)<f(x2).

  •  Funcția f este descrescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)f(x2).

  •  Funcția f este strict descrescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)>f(x2).

  • Funcția f este monotonă pe A dacă este crescătoare sau descrescătoare.

Modalități de a studia monotonia unei funcții:

Fie f:AB, x1, x2A, x1<x2.

1. Calculăm diferența f(x1)-f(x2) și o comparăm cu zero:

a)  f(x1)-f(x2)<0f strict crescătoareb)  f(x1)-f(x2)>0f strict descrescătoare.

2. Studiem semnul raportului de mai jos, numit raport de variație a funcției:

R=f(x1)-f(x2)x1-x2  x1, x2A, x1x2.

a) R>0 f strict crescătoareb) R<0 f strict descrescătoare.

 

 

 

Funcții monotone (aplicații)

Fie funcția

f:AB, A, B.

Definiții: 

  • Funcția f este crescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)f(x2).

  • Funcția f este strict crescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)<f(x2).

  •  Funcția f este descrescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)f(x2).

  •  Funcția f este strict descrescătoare pe A dacă:

x1, x2A, x1<x2 f(x1)>f(x2).

  • Funcția f este monotonă pe A dacă este crescătoare sau descrescătoare.

Modalități de a studia monotonia unei funcții:

Fie f:AB, x1, x2A, x1<x2.

1. Calculăm diferența f(x1)-f(x2) și o comparăm cu zero:

a)  f(x1)-f(x2)<0f strict crescătoareb)  f(x1)-f(x2)>0f strict descrescătoare.

2. Studiem semnul raportului de mai jos, numit raport de variație a funcției:

R=f(x1)-f(x2)x1-x2  x1, x2A, x1x2.

a) R>0 f strict crescătoareb) R<0 f strict descrescătoare.

 

 

Compunerea funcțiilor (teorie)

Definiție. Fie funcțiile:

f:AB, g:BC.

Se numește compusa funcției g cu funcția f, funcția definită astfel:

gf:AC, (gf)(x)=g(f(x)), xA.

Observație. Compunerea funcției g cu funcția f se poate defini numai atunci când codomeniul lui f coincide sau este inclus în domeniul de definiție a lui g.

Proprietăți ale compunerii funcțiilor

1. Compunerea funcțiilor este asociativă:

f:AB, g:BC, h:CD(hg)f=h(gf).

2. Fie funcțiie:

f:AB și 1A:AA, 1A(x)=x (funcția identică a mulțimii A).

Atunci:

f1A=f.

Observație. Compunerea funcțiilor nu este comutativă.

 

Compunerea funcțiilor (aplicații)

Definiție. Fie funcțiile:

f:AB, g:BC.

Se numește compusa funcției g cu funcția f, funcția definită astfel:

gf:AC, (gf)(x)=g(f(x)), xA.

Observație. Compunerea funcției cu funcția f se poate defini numai atunci când codomeniul lui f coincide sau este inclus în domeniul de definiție a lui g.

Proprietăți ale compunerii funcțiilor

1. Compunerea funcțiilor este asociativă:

f:AB, g:BC, h:CD(hg)f=h(gf).

2. Fie funcțiie:

f:AB și 1A:AA, 1A(x)=x (funcția identică a mulțimii A).

Atunci:

f1A=f.

Observație. Compunerea funcțiilor nu este comutativă.

Funcția de gradul I: graficul și monotonia (teorie)

Forma generală a funcției de gradul I este:

f:,   f(x)=ax+b   a, b , a0.

Graficul funcției de gradul I:

Graficul funcției de gradul I este o dreaptă. 

  •  Dacă domeniul de definiție este un interval mărginit, atunci graficul este un segment;
  •  Dacă domeniul de definiție este un interval nemărginit, atunci graficul este o semidreaptă;

Pentru a reprezenta grafic funcția de gradul I, se atribuie lui x două valori arbitrare și se calculează valorile corespunzătoare ale funcției. O altă modalitate este de a determina punctele de intersecție dintre graficul funcției și axele de coordonate.

Intersecția graficului cu axele de coordonate:

GfOx:y=0f(x)=0ax+b=0x=-baA-ba,0OxGfOy:x=0; f(0)=bB0,bOy.

Monotonia funcției de gradul I:

Semnul lui a stabilește monotonia funcției de gradul I, astfel:

  • Dacă a > 0, funcția este strict crescătoare.
  • Dacă a < 0, funcția este strict descrescătoare.

 

Funcția de gradul I (aplicații)

Forma generală a funcției de gradul I este:

f:,   f(x)=ax+b   a, b , a0.

Graficul funcției de gradul I:

Graficul funcției de gradul I este o dreaptă. 

  •  Dacă domeniul de definiție este un interval mărginit, atunci graficul este un segment;
  •  Dacă domeniul de definiție este un interval nemărginit, atunci graficul este o semidreaptă;

Pentru a reprezenta grafic funcția de gradul I, se atribuie lui x două valori arbitrare și se calculează valorile corespunzătoare ale funcției. O altă modalitate este de a determina punctele de intersecție dintre graficul funcției și axele de coordonate.

Intersecția graficului cu axele de coordonate:

GfOx:y=0f(x)=0ax+b=0x=-baA-ba,0OxGfOy:x=0; f(0)=bB0,bOy.

Monotonia funcției de gradul I:

Semnul lui a stabilește monotonia funcției de gradul I, astfel:

  • Dacă a > 0, funcția este strict crescătoare.
  • Dacă a < 0, funcția este strict descrescătoare.

Semnul funcției de gradul I

Fie funcția

f:, f(x)=ax+b, a0.

Ecuația atașată funcției este ax + b = 0, cu soluția:

x=-ba

A stabili semnul funcției de gradul I înseamnă a găsi valorile lui x pentru care funcția este pozitivă, respectiv găsirea acelor valori ale lui x pentru care funcția este negativă. Semnul funcției de gradul I este dat de semnul coeficientului a, conform tabelului de mai jos: 

xf(x)-                                               -ba                                               +              semn contrar lui a               0          semnul lui a                             

Rezolvarea unor ecuații și inecuații folosind semnul funcției de gradul I

Fie funcția

f:, f(x)=ax+b, a0.

Ecuația atașată funcției este ax + b = 0, cu soluția:

x=-ba

A stabili semnul funcției de gradul I înseamnă a găsi valorile lui x pentru care funcția este pozitivă, respectiv găsirea acelor valori ale lui x pentru care funcția este negativă. Semnul funcției de gradul I este dat de semnul coeficientului a, conform tabelului de mai jos: 

xf(x)-                                               -ba                                               +              semn contrar lui a               0          semnul lui a                             

Funcția de gradul II- noțiuni introductive

Definiție. Funcția de gradul al doilea este funcția:

f:,   f(x)=ax2+bx+c,  a, b, c, a0.

Ecuația atașată funcției este:

ax2+bx+c=0.

Rădăcinile reale (dacă există) ale ecuației atașate se numesc zerouri ale funcției.

Graficul funcției de gradul al doilea este o parabolă.

 

Tabelul de variație și monotonia funcției de gradul II

Fie funcția de gradul doi 

f:, f(x)=ax2+bx+c, a0

  • Dacă a > 0 atunci:

xv=-b2a este punct de minim; yV=-4a este valoarea minimă a funcției.

  • Dacă a < 0 atunci:

xv=-b2a este punct de maxim; yV=-4a este valoarea maximă a funcției.

Observație. Punctul V(xV,yV) se numește vârful parabolei.

Forma canonică a funcției de gradul al doilea este:

f(x)=ax+b2a2-4a.

 

Poziții relative ale graficului funcției și semnul funcției

Funcția de gradul al doilea este o funcție de forma:

f:, f(x)=ax2+bx+c, a, b, c , a0.

Graficul funcției de gradul al doilea

Graficul funcției de gradul al doilea se numește parabolă. Vârful parabolei este punctul de coordonate

V-b2a,-4aGf.

Intersecția graficului cu axele de coordonate

1. GfOx: f(x)=0a) >0x1,2=-b±2aA(x1,0)Ox și B(x2,0)Ox.b)>0x1=x2=-b2aA-b2a,0Oxc)<0f(x)=0 nu are soluții realeGfOx=.

Observație. În cazul a) spunem că parabola intersectează axa Ox; în cazul b) spunem că parabola este tangentă axei Ox; în cazul c) spunem că parabola nu intersectează axa Ox.

2. GfOy: x=0f(0)=mM(0,m)Oy.

Observație. Parabola întotdeauna intersectează axa Oy.

Concavitate, convexitate

Dacă a > 0 graficul este convex ( "ține apă"). 

Dacă a < 0 graficul este concav ( nu "ține apă"). 

Semnul funcției de gradul al doilea

A determina semnul funcției de gradul doi înseamnă a găsi valorile lui x pentru care funcția este pozitivă, precum și valorile lui pentru care funcția este negativă.

Semnul funcției de gradul doi se stabilește în funcție de semnul discriminantului și semnul lui a, astfel:

1. >0 x1, x2, x1<x2

Funcția f are semnul lui a în afara rădăcinilor și semn contrar lui a între rădăcini.

2. =0 x1, x2, x1=x2=-b2a

Funcția f are semnul lui a pe --b2a.

3. <0nu există rădăcini reale

Funcția f are semnul lui a pe .

Semnul funcției de gradul al doilea

Funcția de gradul al doilea este o funcție de forma:

f:, f(x)=ax2+bx+c, a, b, c , a0.

Graficul funcției de gradul al doilea

Graficul funcției de gradul al doilea se numește parabolă. Vârful parabolei este punctul de coordonate

V-b2a,-4aGf.

Intersecția graficului cu axele de coordonate

1. GfOx: f(x)=0a) >0x1,2=-b±2aA(x1,0)Ox și B(x2,0)Ox.b)>0x1=x2=-b2aA-b2a,0Oxc)<0f(x)=0 nu are soluții realeGfOx=.

Observație. În cazul a) spunem că parabola intersectează axa Ox; în cazul b) spunem că parabola este tangentă axei Ox; în cazul c) spunem că parabola nu intersectează axa Ox.

2. GfOy: x=0f(0)=mM(0,m)Oy.

Observație. Parabola întotdeauna intersectează axa Oy.

Concavitate, convexitate

Dacă a > 0 graficul este convex ( "ține apă"). 

Dacă a < 0 graficul este concav ( nu "ține apă"). 

Semnul funcției de gradul al doilea

A determina semnul funcției de gradul doi înseamnă a găsi valorile lui x pentru care funcția este pozitivă, precum și valorile lui x pentru care funcția este negativă.

Semnul funcției de gradul doi se stabilește în funcție de semnul discriminantului și semnul lui a, astfel:

1. >0 x1, x2, x1<x2

Funcția f are semnul lui a în afara rădăcinilor și semn contrar lui a între rădăcini.

2. =0 x1, x2, x1=x2=-b2a

Funcția f are semnul lui a pe --b2a.

3. <0nu există rădăcini reale

Funcția f are semnul lui a pe .

 

Funcția putere cu exponent natural

Definiție. O funcție

f:,   f(x)=xn,   n*

se numește funcția putere cu exponent natural.

Proprietățile funcției putere cu exponent număr natural par (n = 2k):

  • funcția este pară: f(-x) = f(x)
  • funcția este strict descrescătoare pe (-,0] și strict crescătoare pe [0, +)
  • graficul funcției trece prin punctele (-1,1), (0,0), (1,1).

Proprietățile funcției putere cu exponent număr natural impar (n = 2k+1):

  • funcția este impară: f(-x) = - f(x)
  • funcția este strict crescătoare pe lR.
  • graficul funcției trece prin punctele (-1,-1), (0,0), (1,1).

Funcția radical de ordin n

Definiție. Funcția 

f:[0,+)[0,+) , f(x)=xn  (n este număr natural par)

se numește funcția radical de ordin par.

Proprietățile funcției radical de ordin par:

  • funcția este strict crescătoare pe [0,+)
  • graficul trece prin punctele (0,0), (1,1)
  • funcția este bijectivă, inversabilă, iar inversa ei este funcția 

f-1:[0,+)[0,+),  f-1(x)=xn  (n este număr natural par)

Definiție. Funcția 

f: , f(x)=xn  (n este număr natural impar)

se numește funcția radical de ordin impar.

Proprietățile funcției radical de ordin impar:

  • funcția este impară: f(-x) = - f(x)
  • funcția este strict crescătoare pe |R
  • graficul trece prin punctele (-1,-1), (0,0), (1,1)
  • funcția este bijectivă, inversabilă, iar inversa ei este funcția putere cu exponent natural impar:

f-1:,  f-1(x)=xn  (n este număr natural impar)

Funcția exponențială

Definiție.  Funcția 

f:(0,+),  f(x)=ax, unde a>0, a1,

se numește funcția exponențială de bază a.

Proprietățile funcției exponențiale:

  • graficul funcției trece prin punctul de coordonate (0,1)
  • dacă a>1 funcția este strict crescătoare, iar dacă 0<a<1 atunci funcția este strict descrescătoare
  • funcția este bijectivă, inversabilă, iar inversa ei este funcția logaritmică

f-1:0,+,   f-1(x)=logax   (unde a>0, a1).

Funcția logaritmică

Definiție. Funcția 

f:0,+, f(x)=logax, a>0, a1

se numește funcție logaritmică de bază a.

Proprietățile funcției logaritmice:

  • graficul trece prin punctul de coordonate (1,0)
  • dacă 0<a<1, atunci funcția este strict descrescătoare, iar dacă a>1 funcția este strict crescătoare
  • funcția este bijectivă, inversabilă, iar inversa ei este funcția exponențială

f-1:0,+, f-1(x)=ax, a>0, a1.

Funcții injective

Definiții:

O funcție f:AB este injectivă   x1, x2A, x1x2   f(x1)f(x2) 

sau

O funcție f:AB este injectivă   x1, x2A cu f(x1)=f(x2)   x1=x2.

Obs: 1) O funcție este injectivă dacă la argumente distincte le corespund imagini distincte.

         2) O funcție nu este injectivă dacă există argumente diferite cu aceeași imagine.

Alte modalități de a studia injectivitatea unei funcții:

  • O funcție este injectivă dacă orice paralelă la axa Ox dusă prin punctele codomeniului, intersectează graficul funcției în cel mult un punct.
  • O funcție este injectivă dacă pentru orice y din B, ecuația f(x) = y are cel mult o soluție în A.
  • Dacă funcția f : A → B este strict monotonă pe A, atunci f este injectivă.

Funcții surjective

Definiție. 

O funcție f:AB este surjectivă yB, xA, astfel încât f(x)=y.

Alte modalități de a studia surjectivitatea unei funcții:

  • O funcție f: A → B este surjectivă dacă Imf = f(A) = B (imaginea funcției coincide cu codomeniul).
  • O funcție este surjectivă dacă orice paralelă dusă la axa Ox prin punctele codomeniului, intersectează graficul funcției în cel puțin un punct.
  • O funcție f: A → B este surjectivă dacă pentru orice y din B, ecuația f(x)=y are cel puțin o soluție în A.

Funcții bijective

Definiție.

 O funcție f: A → B este bijectivă dacă este injectivă și surjectivă.

Obs: O funcție nu este bijectivă dacă nu este injectivă sau nu este surjectivă.

Alte modalități de a studia bijectivitatea unei funcții:

  • O funcție este bijectivă dacă orice paralelă la axa Ox dusă prin punctele codomeniului, intersectează graficul funcției în exact un punct.
  • O funcție f: A → B este bijectivă dacă pentru orice y din B, ecuația f(x) = y are o soluție unică în A.

Inversa unei funcții

Definiție. Fie f : A → B o funcție bijectivă. Inversa funcției f va fi funcția f ¯¹ : B → A care asociază fiecărui element y din B, elementul x din A, astfel încât f(x) = y.

f-1:BA,   f-1(y)=x,   unde y=f(x)

Obs: 1) O funcție f care are inversă se numește funcție inversabilă. Funcția f se numește funcția directă, iar f ¯¹ se numește funcția inversă.

         2) ff-1=1B  și   f-1f=1A

         3) Dacă f este funcție monotonă, atunci inversa ei are aceeași monotonie.

O funcție este inversabilă dacă și numai dacă este bijectivă.