Функція та її основні властивості

Поняття функції — центральне для всієї шкільної математики. Далі кожна нова тема (квадратична, показникова, тригонометрична функція) — це той самий набір питань, заданий про новий об'єкт: яка область визначення, де нулі, де зростає, чи парна. Тому цю тему варто розглядати як список питань, який ти ставитимеш кожній функції в курсі.

Поняття функції

Функція — це відповідність, за якою кожному значенню xx (аргументу) відповідає єдине значення y=f(x)y = f(x). Множину допустимих xx називають областю визначення D(f)D(f), а множину отриманих yyобластю значень E(f)E(f).

Слово «єдине» тут ключове. Одному xx не може відповідати два різних yy — саме тому коло не є графіком функції: вертикальна пряма перетинає його двічі. Це дає зручний графічний критерій: якщо будь-яка вертикальна пряма перетинає лінію не більш ніж в одній точці, це графік функції.

Обери функцію й посунь повзунок — віджет обчислює f(x)f(x) і показує точку на графіку:

Способи задання функції

  • формулоюf(x)=x24f(x) = x^2 - 4;
  • таблицею значень;
  • графіком на координатній площині;
  • словесно (описом).

Нулі функції

Нуль функції — це значення аргументу, за якого f(x)=0f(x) = 0. Графічно — точки перетину графіка з віссю OxOx.

Зверни увагу: нуль функції — це значення аргументу, тобто xx, а не yy. Питання «знайти нулі функції» означає «розв'язати рівняння f(x)=0f(x) = 0».

Область визначення

Часто область визначення обмежують:

  • дріб — знаменник не дорівнює нулю;
  • корінь парного степеня — підкореневий вираз 0\geq 0;
  • многочлен — визначений для всіх xx.
Приклади

f(x)=1x2f(x) = \dfrac{1}{x - 2} визначена при x2x \neq 2; f(x)=x3f(x) = \sqrt{x - 3} — при x3x \geq 3.

Якщо обмежень кілька, вони діють одночасно — треба брати перетин умов.

Приклад 1 — область визначення з двома умовами

Знайдемо область визначення функції f(x)=x1x4f(x) = \dfrac{\sqrt{x - 1}}{x - 4}.

  1. Підкореневий вираз невід'ємний: x10x - 1 \ge 0, тобто x1x \ge 1;
  2. знаменник не дорівнює нулю: x40x - 4 \ne 0, тобто x4x \ne 4;
  3. перетинаємо обидві умови.

Відповідь: D(f)=[1; 4)(4; +)D(f) = [1;\ 4) \cup (4;\ +\infty). Врахувати лише корінь і забути про знаменник — типова помилка.

Зростання і спадання

Функція зростає на проміжку, якщо більшому xx відповідає більше f(x)f(x), і спадає, якщо більшому xx відповідає менше f(x)f(x).

Важливо, що монотонність — властивість проміжку, а не функції загалом. Парабола y=x2y = x^2 спадає на (;0](-\infty;\,0] і зростає на [0;+)[0;\,+\infty), тому сказати про неї просто «зростає» не можна.

Парність

ВидУмоваСиметрія графікаПриклад
Парнаf(x)=f(x)f(-x) = f(x)відносно осі OyOy (як у дзеркалі)f(x)=x2f(x)=x^2
Непарнаf(x)=f(x)f(-x) = -f(x)відносно початку координатf(x)=x3f(x)=x^3
Загального виглядужодна умова не виконуєтьсянемаєf(x)=x2+xf(x)=x^2+x

Як перевірити парність — покроково

  1. Підстав у формулу x-x замість xx і спрости вираз.
  2. Порівняй те, що вийшло, з f(x)f(x) та з f(x)-f(x).
  3. Зроби висновок за таблицею вище.

Чого очікувати на прикладах:

  • f(x)=x2f(x) = x^2: f(x)=(x)2=x2f(-x) = (-x)^2 = x^2. Вийшло те саме, що f(x)f(x) → функція парна (мінус «зникає», бо степінь парний).
  • f(x)=x3f(x) = x^3: f(x)=(x)3=x3=f(x)f(-x) = (-x)^3 = -x^3 = -f(x). Вийшло протилежне до f(x)f(x)непарна (мінус «виходить назовні», бо степінь непарний).
  • f(x)=x2+xf(x) = x^2 + x: f(x)=x2xf(-x) = x^2 - x. Це не f(x)f(x) (бо +x+x стало x-x) і не f(x)=x2x-f(x) = -x^2 - x (бо перший доданок різний) → функція загального вигляду.
Швидка підказка

Якщо у формулі лише парні степені xx — функція парна; якщо лише непарні — непарна. А коли степені змішані (як x2+xx^2+x) — це майже завжди функція загального вигляду.

Функція загального вигляду — не помилка

«Ні парна, ні непарна» — цілком нормальна відповідь; більшість функцій саме такі. Помилка — намагатися неодмінно віднести функцію до однієї з двох категорій.

Приклад 2 — читання властивостей із графіка

Нехай графік функції перетинає вісь OxOx у точках 3-3 і 22, має найнижчу точку при x=0,5x = -0{,}5 і симетричний відносно вертикальної прямої, що проходить через неї.

  1. Нулі функції: x=3x = -3 і x=2x = 2 (де графік перетинає OxOx);
  2. проміжок спадання: (; 0,5](-\infty;\ -0{,}5] — до найнижчої точки;
  3. проміжок зростання: [0,5; +)[-0{,}5;\ +\infty);
  4. парність: вісь симетрії — не OyOy, а пряма x=0,5x = -0{,}5, тому функція не парна.

Останній пункт важливий: симетрія графіка сама собою парності не дає — вісь симетрії має бути саме віссю OyOy.

Типові помилки

  • Плутають нулі функції зі значенням функції в нулі. Нулі — це корені рівняння f(x)=0f(x) = 0, а f(0)f(0) — точка перетину з віссю OyOy.
  • Враховують не всі обмеження області визначення.
  • Називають функцію зростаючою без зазначення проміжку.
  • Плутають область визначення з областю значень. D(f)D(f) — множина допустимих xx, E(f)E(f) — множина отриманих yy.
  • Вважають будь-яку симетрію графіка ознакою парності.

Перевір себе

Порада щодо вводу

Числові відповіді — одним числом. Для області визначення й парності натисни потрібний варіант.

Розібрані приклади

Так виглядають задачі цієї теми в тренажері. Тут вони розібрані повністю — у самому тренажері числа в умові щоразу нові, а розв’язання відкривається після вашої відповіді.

  1. Приклад 1. Значення функції

    Дано f(x)=4x+1. f(x) = -4x + 1. Знайдіть f(3). f(-3).

    Відповідь: 1313

    Розв'язання: f(3)=4(3)+1=13f(-3) = -4\cdot(-3) + 1 = 13
  2. Приклад 2. Нуль функції

    Знайдіть нуль функції f(x)=5x+15. f(x) = -5x + 15.

    Відповідь: 33

    Розв'язання: 5x+15=0x=3-5x + 15 = 0 \Rightarrow x = 3
  3. Приклад 3. Область визначення

    Знайдіть область визначення f(x)=1x+2. f(x) = \dfrac{1}{x + 2}.
    • А)x ≠ -2
    • Б)x ≥ -2
    • В)будь-яке число

    Відповідь: x ≠ -2

    Розв'язання: Обмеження: \textbf{x ≠ -2}