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le funzioni e le loro proprietà
Prof.ssa Giorgia Farina LE FUNZIONI E LE LORO PROPRIETÀ LE FUNZIONI REALI DI VARIABILE REALE COSA SONO LE FUNZIONI Dati due sottoinsiemi A e B non vuoti di R, una FUNZIONE da A a B è una relazione che associa ad ogni numero reale di A ( x ) uno e un solo numero reale di B ( y ). e si legge “ f è una funzione da A a B” f :A→B Sia x ∈ A e y ∈ B ; se f : x a y , cioè se f ( x ) = y , y si chiama IMMAGINE di x mediante f A è il DOMINIO della funzione e si indica con D. Il CODOMINIO della funzione è invece l’insieme C ⊂ B delle immagini degli elementi di A. x N. B. Se parlo della funzione come relazione tra insiemi uso nella simbologia matematica un freccia semplice: f : A → B ; se invece parlo di una funzione come relazione tra elementi di un insieme allora uso una freccia diversa: f : x a y si chiama VARIABILE INDIPENDENTE y si chiama VARIABILE DIPENDENTE (dipende dalla x scelta) La funzione può essere assegnata con un’espressione analitica, ovvero con una formula matematica, per es. 3 f ( x) = − x + 3 2 3 y = − x+3 2 3 x a − x+3 2 analoga a analoga a Una funzione si può esprimere in due modi: 1. forma IMPLICITA se f ( x; y ) = 0 2. forma ESPLICITA se y = f ( x ) per es. 3 x + 2 y − 6 = 0 3 per es. y = − x + 3 2 1/13 Prof.ssa Giorgia Farina Esistono funzioni, dette FUNZIONI DEFINITE PER CASI, date da espressioni analitiche diverse a seconda dei valori attribuiti alla variabile indipendente. Esempi significativi: 1. funzione VALORE ASSOLUTO x x≥0 y= x = − x x < 0 2. funzione SEGNO 1 x≥0 y = sign( x) = − 1 x < 0 3. funzione PARTE INTERA n ≤ x ≤ n +1 n y = [x ] = − (n + 1) − (n + 1) ≤ x ≤ − n tradotto: la funzione parte intera associa ad ogni numero reale x il più grande numero intero minore o uguale a x . 2/13 Prof.ssa Giorgia Farina Come abbiamo visto nella pagina precedente, di una funzione si può anche disegnare il GRAFICO, cioè l’insieme dei punti del piano cartesiano tali che y è immagine di x mediante f . Possiamo inoltre cercare l’intersezione della funzione con gli assi cartesiani (ponendo a sistema la funzione una volta con x = 0 e una volta con y = 0 ). FUNZIONI ALGEBRICHE E TRASCENDENTI Le funzioni possono essere classificate in ALGEBRICHE e TRASCENDENTI. Una funzione si dice ALGEBRICA se contiene, nella variabile x , solo addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni, divisioni, elevamento a potenza, estrazione di radice. Tra le funzioni algebriche troviamo le razionali intere (funzioni espresse mediante polinomio), che a loro volta possono essere lineari (se di primo grado rispetto alla x ) o quadratiche (se di secondo grado rispetto alla x ). le razionali fratte (funzioni espresse mediante quoziente di polinomi) le irrazionali (funzioni in cui la x compare sotto il segno di radice) Tutte le altre funzioni sono TRASCENDENTI. Riassumendo: FUNZIONE ALGEBRICA TRASCENDENTE y = senx y = ex RAZIONALE INTERA RAZIONALE FRATTA y= LINEARE QUADRATICA y = 5x + 7 y = x 2 − 3x + 2 IRRAZIONALE 2x − 1 3x + 2 y = x +1 Per una funzione algebrica, il GRADO della funzione è il grado del polinomio. CAMPO DI ESISTENZA E SEGNO DI UNA FUNZIONE Il CAMPO DI ESISTENZA (C.E.) di una funzione è il sottoinsieme più ampio di R in cui la funzione può essere definita. Spesso lo si fa coincidere con il dominio. Di seguito, una tabella riassuntiva delle principali funzioni e dei relativi campi di esistenza: 3/13 Prof.ssa Giorgia Farina Funzione Funzioni razionali intere Funzioni razionali fratte Campo di esistenza Esempio y = a 0 x n + a1 x n −1 + ... + a n R y= P( x) Q( x) (P e Q polinomi) y = 3x 3 − 4 x 2 + 7 x − 2 D=R 2x − 1 y= 3x + 5 R − {x0 , x1 ,...x k } 5 x ≠ − 3 x + 5 ≠ 0 con 3 Q ( x0 ) = Q ( x1 ) = ... = Q ( x k ) = 0 5 D= R − − 3 y = 6 3x − 6 Funzioni irrazionali {x ∈ R | y= n f ( x) ≥ 0} f ( x) con n pari 3x − 6 ≥ 0 x≥2 D= [2;+∞ ) y = n f ( x) con n dispari Campo di esistenza di f (x) 3x x −1 x −1 ≠ 0 x ≠ 1 D= R − {1} y = [ f (x)] con α > 0 e irrazionale y = (2 x + 1) 2x + 1 ≥ 0 1 x≥− 2 1 D= − ;+∞ ) 2 y=3 3 α y = [ f ( x) ] g ( x) {x ∈ R | {x ∈ R | f ( x) ≥ 0} f ( x) > 0} ∩ C.E.g ( x) y = (2 x) x +1 [0, + ∞ ) ∩ R D= [0;+∞ ) y =Log (3 x − 4) 3x − 4 > 0 x> y = log a f ( x) a > 0 a ≠1 {x ∈ R | y = a f ( x) Campo di esistenza di f (x) y = 32 x+4 D=R R y = sen(4 x + 1) D=R a > 0 a ≠1 Funzioni goniometriche y = senx , y = cos x y = tgx f ( x) > 0} 4 3 4 D= ;+ ∞ ) 3 π R − + kπ 2 4/13 y = tg (3 x) π D = R − + kπ 2 Prof.ssa Giorgia Farina y = ctgx R − {kπ } y = ctg 2 x D = R − {kπ } y = arcsenx , y = arccos x [− 1,1] y = arcsen(2 x − 1) D = [− 1,1] y = arctgx , y = arcctgx R y = arctg (2 x − 4) D=R Di una funzione si può studiare anche il SEGNO, ossia si può cercare per quali valori di x appartenenti al dominio il valore di y è positivo, nullo o negativo. Per esempio: y = 2x − 6 è positiva per x > 3 è nulla per x = 3 è negativa per x < 3 Quindi il grafico sarà nella parte non colorata del piano cartesiano. 5/13 Prof.ssa Giorgia Farina I GRAFICI Le traslazioni a. Grafico di f ( x − a ) : traslo il grafico a destra di a unità di misura (udm); se avessi dovuto disegnare f ( x + a ) avrei traslato il grafico a sinistra di a udm. b. Grafico di y = f ( x ) + b : traslo il grafico verso l’alto di b udm; se avessi avuto y = f ( x ) − b avrei traslato il grafico verso il basso di b udm. Le simmetrie a. Grafico di y = − f (x) . Simmetria rispetto all’asse x b. Grafico di 6/13 y = f (− x) . Simmetria rispetto all’asse y Prof.ssa Giorgia Farina c. Grafico di y = − f (− x) . Simmetria rispetto ad O d. Grafico di y = f (x) . Simmetria rispetto all’asse delle x della parte negativa del grafico. e. Grafico di y = f ( x ) . Per x ≥ 0 il grafico rimane uguale; mentre per x negativo il grafico è il simmetrico rispetto all’asse y di f ( x ), x > 0 . Le dilatazioni a. Grafico di orizzontale. 7/13 x y = f , m > 1 . Dilatazione m Prof.ssa Giorgia Farina b. Grafico di x y = f , m < 1 . Contrazione m orizzontale. c. Grafico di d. Grafico di y = nf ( x ), n < 1 . Contrazione verticale. 8/13 y = nf ( x ), n > 1 . Dilatazione verticale. Prof.ssa Giorgia Farina LE PROPRIETÀ DELLE FUNZIONI LE FUNZIONI INIETTIVE, SURIETTIVE E BIIETTIVE Una funzione da A a B si dice: INIETTIVA se ogni elemento di B è immagine di al più un elemento di A SURIETTIVA se ogni elemento di B è immagine di almeno un elemento di A BIIETTIVA se è sia iniettiva che suriettiva (si dice anche biunivoca o bijettiva) y = 2x-1 è sia iniettiva che suriettiva perché a ogni valore scelto sull’asse y corrisponde un valore (suriettiva) e un solo (iniettiva) valore sull’asse x. La funzione è quindi biiettiva. y = − x 2 + 4 è suriettiva se si considera come insieme B quello degli y tali che y ≤ 4 , ma non è iniettiva perché scelto nel codominio un y diverso da 4, esso è immagine di due valori distinti di x. LE FUNZIONI CRESCENTI, DECRESCENTI, MONOTÒNE Una funzione da A a B si dice: CRESCENTE se ∀x1 < x 2 ⇒ f ( x1 ) < f ( x 2 ) (si dice anche crescente in senso stretto) CRESCENTE in senso lato se ∀x1 < x 2 ⇒ f ( x1 ) ≤ f ( x 2 ) Per esempio: 9/13 Prof.ssa Giorgia Farina se x ≤1 x f ( x) = 1 se 1 < x < 3 x − 2 se x≥3 Crescente in senso lato in R Una funzione da A a B si dice: DECRESCENTE se ∀x1 < x 2 ⇒ f ( x1 ) > f ( x 2 ) (si dice anche decrescente in senso stretto) DECRESCENTE in senso lato se ∀x1 < x 2 ⇒ f ( x1 ) ≥ f ( x 2 ) Per esempio: y = −x + 2 Una funzione da A a B si dice MONOTÒNA se è sempre crescente o sempre decrescente. Una funzione monotòna in senso stretto è sempre iniettiva. LE FUNZIONI PERIODICHE Una funzione y = f (x) si dice PERIODICA di periodo T, con T>0, se ∀k ∈ Z si ha f ( x) = f ( x + kT ) . In una funzione periodica il grafico si ripete di periodo in periodo. Per esempio: 10/13 Prof.ssa Giorgia Farina y = tg (x) LE FUNZIONI PARI E LE FUNZIONI DISPARI Una funzione y = f (x) si dice PARI se ∀x ∈ D si ha f ( x) = f (− x) . Se una funzione è espressa analiticamente e contiene soltanto potenze della x con esponente pari, allora è pari. x' = − x y' = y Quindi le funzioni pari sono simmetriche rispetto all’asse delle y. Per esempio: y = 2 x 2 − 1 è pari perché sostituendo a x il suo opposto –x si ottiene ancora y. 11/13 Prof.ssa Giorgia Farina Una funzione y = f (x) si dice DISPARI se ∀x ∈ D si ha − f ( x) = f (− x) . Se una funzione è espressa analiticamente e contiene soltanto potenze della x con esponente dispari, allora è dispari. x' = − x y' = − y Quindi le funzioni dispari sono simmetriche rispetto all’origine degli assi. Per esempio: y = 3 x 3 è dispari perché sostituendo a x il suo opposto –x si ottiene -y. ATTENZIONE: una funzione che non è pari non è necessariamente dispari. Per esempio: y = x 2 + x non è né pari né dispari; lo possiamo vedere graficamente non essendoci né simmetria rispetto all’asse y né rispetto ad O. Infatti: f (− x) = (− x) 2 + (− x) = x 2 − x ≠ − f ( x)∧ ≠ f ( x) 12/13 Prof.ssa Giorgia Farina LA FUNZIONE INVERSA Data una funzione f biiettiva da A a B, la funzione INVERSA di f è la funzione biiettiva f −1 da B ad A che associa a ogni y di B il valore x di A tale che y = f ( x) . Se una funzione ammette l’inversa allora è invertibile. Graficamente la funzione inversa è simmetrica a f rispetto alla bisettrice del 1°/3° quadrante. LE FUNZIONI COMPOSTE Data due funzioni f : A → B e g : B → C indichiamo con g o f o y = g ( f ( x)) la funzione COMPOSTA da A a C che si ottiene associando a ogni x di A l’immagine mediante g dell’immagine di x mediante f . Nella composizione di funzioni non vale la proprietà commutativa: g o f ≠ f o g . go f A x B C f(x) y g(f(x)) f g Per esempio: go f si legge “g composto f”. g ( f ( x)) si legge “g di f di x” f ( x) = x 2 e g ( x) = x + 1 g o f = g ( f ( x)) = g ( x 2 ) = x 2 + 1 f o g = f ( g ( x)) = f ( x + 1) = ( x + 1) 2 ATTENZIONE: Se si compone la funzione f con la sua inversa f −1 , si ottiene la FUNZIONE IDENTITÀ che associa ad ogni elementi di un insieme se stesso: f ( f −1 ( x)) = f −1 ( f ( x)) = x . 13/13