Множество значений переменной х. Функция: область определения и область значений функций
Посмотрим, как исследовать функцию с помощью графика. Оказывается, глядя на график, можно узнать всё, что нас интересует, а именно:
- область определения функции
- область значений функции
- нули функции
- промежутки возрастания и убывания
- точки максимума и минимума
- наибольшее и наименьшее значение функции на отрезке.
Уточним терминологию:
Абсцисса
- это координата точки по горизонтали.
Ордината
- координата по вертикали.
Ось абсцисс
- горизонтальная ось, чаще всего называемая ось .
Ось ординат
- вертикальная ось, или ось .
Аргумент
- независимая переменная, от которой зависят значения функции. Чаще всего обозначается .
Другими словами, мы сами выбираем , подставляем в формулу функции и получаем .
Область определения
функции - множество тех (и только тех) значений аргумента , при которых функция существует.
Обозначается: или .
На нашем рисунке область определения функции - это отрезок . Именно на этом отрезке нарисован график функции. Только здесь данная функция существует.
Область значений функции - это множество значений, которые принимает переменная . На нашем рисунке это отрезок - от самого нижнего до самого верхнего значения .
Нули функции - точки, где значение функции равно нулю, то есть . На нашем рисунке это точки и .
Значения функции положительны
там, где . На нашем рисунке это промежутки и .
Значения функции отрицательны
там, где . У нас это промежуток (или интервал) от до .
Важнейшие понятия - возрастание и убывание функции на некотором множестве . В качестве множества можно взять отрезок , интервал , объединение промежутков или всю числовую прямую.
Функция возрастает
Иными словами, чем больше , тем больше , то есть график идет вправо и вверх.
Функция убывает на множестве , если для любых и , принадлежащих множеству , из неравенства следует неравенство .
Для убывающей функции большему значению соответствует меньшее значение . График идет вправо и вниз.
На нашем рисунке функция возрастает на промежутке и убывает на промежутках и .
Определим, что такое точки максимума и минимума функции .
Точка максимума
- это внутренняя точка области определения, такая, что значение функции в ней больше, чем во всех достаточно близких к ней точках.
Другими словами, точка максимума - такая точка, значение функции в которой больше
, чем в соседних. Это локальный «холмик» на графике.
На нашем рисунке - точка максимума.
Точка минимума
- внутренняя точка области определения, такая, что значение функции в ней меньше, чем во всех достаточно близких к ней точках.
То есть точка минимума - такая, что значение функции в ней меньше, чем в соседних. На графике это локальная «ямка».
На нашем рисунке - точка минимума.
Точка - граничная. Она не является внутренней точкой области определения и потому не подходит под определение точки максимума. Ведь у нее нет соседей слева. Точно так же и на нашем графике не может быть точкой минимума.
Точки максимума и минимума вместе называются точками экстремума функции . В нашем случае это и .
А что делать, если нужно найти, например, минимум функции на отрезке ? В данном случае ответ: . Потому что минимум функции - это ее значение в точке минимума.
Аналогично, максимум нашей функции равен . Он достигается в точке .
Можно сказать, что экстремумы функции равны и .
Иногда в задачах требуется найти наибольшее и наименьшее значения функции на заданном отрезке. Они не обязательно совпадают с экстремумами.
В нашем случае наименьшее значение функции на отрезке равно и совпадает с минимумом функции. А вот наибольшее ее значение на этом отрезке равно . Оно достигается в левом конце отрезка.
В любом случае наибольшее и наименьшее значения непрерывной функции на отрезке достигаются либо в точках экстремума, либо на концах отрезка.
Определение : Числовой функцией называется соответствие, которое каждому числу х из некоторого заданного множества сопоставляет единственное число y.
Обозначение:
где x – независимая переменная (аргумент), y – зависимая переменная (функция). Множество значений x называется областью определения функции (обозначается D(f)). Множество значений y называется областью значений функции (обозначается E(f)). Графиком функции называется множество точек плоскости с координатами (x, f(x))
Способы задания функции.
- аналитический способ (с помощью математической формулы);
- табличный способ (с помощью таблицы);
- описательный способ (с помощью словесного описания);
- графический способ (с помощью графика).
Основные свойства функции.
1. Четность и нечетность
Функция называется четной, если
– область определения функции симметрична относительно нуля
f(-x) = f(x)
График четной функции симметричен относительно оси 0y
Функция называется нечетной, если
– область определения функции симметрична относительно нуля
– для любого х из области определения f(-x) = –f(x)
График нечетной функции симметричен относительно начала координат.
2.Периодичность
Функция f(x) называется периодической с периодом , если для любого х из области определения f(x) = f(x+Т) = f(x-Т) .
График периодической функции состоит из неограниченно повторяющихся одинаковых фрагментов.
3. Монотонность (возрастание, убывание)
Функция f(x) возрастает на множестве Р, если для любых x 1 и x 2 из этого множества, таких, что x 1
Функция f(x) убывает на множестве Р, если для любых x 1 и x 2 из этого множества, таких, что x 1 f(x 2) .
4. Экстремумы
Точка Х max называется точкой максимума функции f(x) , если для всех х из некоторой окрестности Х max , выполнено неравенство f(х) f(X max).
Значение Y max =f(X max) называется максимумом этой функции.
Х max – точка максимума
У max – максимум
Точка Х min называется точкой минимума функции f(x) , если для всех х из некоторой окрестности Х min , выполнено неравенство f(х) f(X min).
Значение Y min =f(X min) называется минимумом этой функции.
X min – точка минимума
Y min – минимум
X min , Х max – точки экстремума
Y min , У max – экстремумы.
5. Нули функции
Нулем функции y = f(x) называется такое значение аргумента х, при котором функция обращается в нуль: f(x) = 0.
Х 1 ,Х 2 ,Х 3 – нули функции y = f(x).
Задачи и тесты по теме "Основные свойства функции"
- Свойства функций - Числовые функции 9 класс
Уроков: 2 Заданий: 11 Тестов: 1
- Свойства логарифмов - Показательная и логарифмическая функции 11 класс
Уроков: 2 Заданий: 14 Тестов: 1
- Функция квадратного корня, его свойства и график - Функция квадратного корня. Свойства квадратного корня 8 класс
Уроков: 1 Заданий: 9 Тестов: 1
- Степенные функции, их свойства и графики - Степени и корни. Степенные функции 11 класс
Уроков: 4 Заданий: 14 Тестов: 1
- Функции - Важные темы для повторения ЕГЭ по математике
Заданий: 24
Изучив эту тему, Вы должны уметь находить область определения различных функций, определять с помощью графиков промежутки монотонности функции, исследовать функции на четность и нечетность. Рассмотрим решение подобных задач на следующих примерах.
Примеры.
1. Найти область определения функции.
Решение: область определения функции находится из условия
1) Область определения функции и область значений функции .
Область определения функции - это множество всех допустимых действительных значений аргумента x (переменной x ), при которых функция y = f(x) определена. Область значений функции - это множество всех действительных значений y , которые принимает функция.
В элементарной математике изучаются функции только на множестве действительных чисел.
2) Нули функции .
Нуль функции – такое значение аргумента, при котором значение функции равно нулю.
3) Промежутки знакопостоянства функции .
Промежутки знакопостоянства функции – такие множества значений аргумента, на которых значения функции только положительны или только отрицательны.
4) Монотонность функции .
Возрастающая функция (в некотором промежутке) - функция, у которой большему значению аргумента из этого промежутка соответствует большее значение функции.
Убывающая функция (в некотором промежутке) - функция, у которой большему значению аргумента из этого промежутка соответствует меньшее значение функции.
5) Четность (нечетность) функции .
Четная функция - функция, у которой область определения симметрична относительно начала координат и для любого х из области определения выполняется равенство f(-x) = f(x) . График четной функции симметричен относительно оси ординат.
Нечетная функция - функция, у которой область определения симметрична относительно начала координат и для любого х из области определения справедливо равенство f(-x) = - f(x ). График нечетной функции симметричен относительно начала координат.
6) Ограниченная и неограниченная функции .
Функция называется ограниченной, если существует такое положительное число M, что |f(x)| ≤ M для всех значений x . Если такого числа не существует, то функция - неограниченная.
7) Периодическость функции .
Функция f(x) - периодическая, если существует такое отличное от нуля число T, что для любого x из области определения функции имеет место: f(x+T) = f(x). Такое наименьшее число называется периодом функции. Все тригонометрические функции являются периодическими. (Тригонометрические формулы).
19. Основные элементарные функции, их свойства и графики. Применение функ-ций в экономике.
Основные элементарные функции. Их свойства и графики
1. Линейная функция.
Линейной функцией называется функция вида , где х - переменная, а и b - действительные числа.
Число а называют угловым коэффициентом прямой, он равен тангенсу угла наклона этой прямой к положительному направлению оси абсцисс. Графиком линейной функции является прямая линия. Она определяется двумя точками.
Свойства линейной функции
1. Область определения - множество всех действительных чисел: Д(y)=R
2. Множество значений - множество всех действительных чисел: Е(у)=R
3. Функция принимает нулевое значение при или.
4. Функция возрастает (убывает) на всей области определения.
5. Линейная функция непрерывная на всей области определения, дифференцируемая и .
2. Квадратичная функция.
Функция вида , где х - переменная, коэффициенты а, b, с - действительные числа, называетсяквадратичной.
Сегодня на уроке мы обратимся к одному из основных понятий математики - понятию функции; более детально рассмотрим одно из свойств функции - множество ее значений.
Ход урока
Учитель. Решая задачи, мы замечаем, что подчас именно нахождение множества значений функции ставит нас в затруднительные ситуации. Почему? Казалось бы, изучая функцию с 7-го класса, мы знаем о ней достаточно много. Поэтому у нас есть все основания сделать упреждающий ход. Давайте сегодня сами «поиграем» с множеством значений функции, чтобы снять многие вопросы этой темы на предстоящем экзамене.
Множества значений элементарных функций
Учитель. Для начала необходимо повторить графики, уравнения и множества значений основных элементарных функций на всей области определения.
На экран проецируются графики функций: линейной, квадратичной, дробно-рациональной, тригонометрических, показательной и логарифмической, для каждой из них устно определяется множество значений. Обратите внимание учащихся на то, что у линейной функции E(f) = R или одно число, у дробно-линейной
Это наша азбука. Присоединив к ней наши знания о преобразованиях графиков: параллельный перенос, растяжение, сжатие, отражение, мы сможем решить задачи первой части ЕГЭ и даже чуть сложнее. Проверим это.
Самостоятельная работа
Условия задач и системы координат напечатаны для каждого ученика .
1. Найдите множество значений функции на всей области определения:
а) y
= 3 sin х
;
б) y
= 7 – 2 х
;
в) y
= –arccos (x
+ 5):
г) y
= | arctg
x
|;
д)
2. Найдите множество значений функции y = x 2 на промежутке J , если:
а) J
= ;
б) J
= [–1; 5).
3. Задайте функцию аналитически (уравнением), если множество ее значений:
1) E (f (x )) = (–∞ ; 2] и f (x ) - функция
а) квадратичная,
б) логарифмическая,
в) показательная;
2) E (f (x )) = R \{7}.
При обсуждении задания 2 самостоятельной работы обратите внимание учащихся на то, что, в случае монотонности и непрерывности функции y = f (x ) на заданном промежутке [a ; b ], множество ее значений - промежуток , концами которого являются значения f (a ) и f (b ).
Варианты ответов к заданию 3.
1.
а) y
= –x
2 + 2 , y
= –(x
+ 18) 2 + 2,
y
= a
(x
– x
в) 2
+ 2 при а
< 0.
б) y = –| log 8 x | + 2,
в) y = –| 3 x – 7 | + 2, y = –5 | x | + 3.
2.
а)
б)
в) y = 12 – 5x , где x ≠ 1 .
Нахождение множества значений функции с помощью производной
Учитель. В 10-м классе мы знакомились с алгоритмом нахождения экстремумов непрерывной на отрезке функции и отыскания ее множества значений, не опираясь на график функции. Вспомните, как мы это делали? (С помощью производной .) Давайте вспомним этот алгоритм.
1. Убедиться, что функция y = f (x ) определена и непрерывна на отрезке J = [a ; b ]. 2. Найти значения функции на концах отрезка: f(a) и f(b). Замечание . Если мы знаем, что функция непрерывна и монотонна на J , то можно сразу дать ответ: E (f ) = [f (a ); f (b )] или E (f ) = [f (b ); f (а )]. 3. Найти производную, а затем критические точки x k J . 4. Найти значения функции в критических точках f (x k ). 5. Сравнить значения функции f (a ), f (b ) и f (x k ), выбрать наибольшее и наименьшее значения функции и дать ответ: E (f )= [f наим; f наиб ]. |
Задачи на применение данного алгоритма встречаются в вариантах ЕГЭ. Так, например, в 2008 году была предложена такая задача. Вам предстоит решить ее дома .
Задание С1. Найдите наибольшее значение функции
f (x ) = (0,5x + 1) 4 – 50(0,5x + 1) 2
при | x + 1| ≤ 3.
Условия домашних задач распечатаны для каждого ученика .
Нахождение множества значений сложной функции
Учитель. Основную часть нашего урока составят нестандартные задачи, содержащие сложные функции, производные от которых являются очень сложными выражениями. Да и графики этих функций нам неизвестны. Поэтому для решения мы будем использовать определение сложной функции, то есть зависимость между переменными в порядке их вложенности в данную функцию, и оценку их области значений (промежутка изменения их значений). Задачи такого вида встречаются во второй части ЕГЭ. Обратимся к примерам.
Задание 1. Для функций y = f (x ) и y = g (x ) записать сложную функцию y = f (g (x )) и найти ее множество значений:
а) f
(x
) = –x
2 + 2x
+
3, g
(x
) = sin x
;
б) f
(x
) = –x
2 + 2x
+
3, g
(x
) = log 7 x
;
в)
g
(x
) = x
2 + 1;
г)
Решение. а) Сложная функция имеет вид: y = –sin 2 x + 2sin x + 3.
Вводя промежуточный аргумент t , мы можем записать эту функцию так:
y = –t 2 + 2t + 3, где t = sin x .
У внутренней функции t = sin x аргумент принимает любые значения, а множество ее значений - отрезок [–1; 1].
Таким образом, для внешней функции y = –t 2 +2t + 3 мы узнали промежуток изменения значений ее аргумента t : t [–1; 1]. Обратимся к графику функции y = –t 2 +2t + 3.
Замечаем, что квадратичная функция при t [–1; 1] принимает наименьшее и наибольшее значения на его концах: y наим = y (–1) = 0 и y наиб = y (1) = 4. А так как эта функция непрерывна на отрезке [–1; 1], то она принимает и все значения между ними.
Ответ : y .
б) Композиция этих функций приводит нас к сложной функции которая после введения промежуточного аргумента, может быть представлена так:
y = –t 2 + 2t + 3, где t = log 7 x ,
У функции t = log 7 x
x (0; +∞ ), t (–∞ ; +∞ ).
У функции y = –t 2 + 2t + 3 (см. график) аргумент t принимает любые значения, а сама квадратичная функция принимает все значения не больше 4.
Ответ : y (–∞ ; 4].
в) Сложная функция имеет следующий вид:
Вводя промежуточный аргумент, получаем:
где t = x 2 + 1.
Так как для внутренней функции x R , а t .
Ответ : y (0; 3].
г) Композиция двух данных функций дает нам сложную функцию
которая может быть записана как
Заметим, что
Значит, при
где k Z , t [–1; 0) (0; 1].
Нарисовав график функции видим, что при этих значениях t
y (–∞ ; –4] c ;
б) на всей области определения.
Решение. Вначале исследуем данную функцию на монотонность. Функция t = arcctg x - непрерывная и убывающая на R и множество ее значений (0; π). Функция y = log 5 t определена на промежутке (0; π), непрерывна и возрастает на нем. Значит, данная сложная функция убывает на множестве R . И она, как композиция двух непрерывных функций, будет непрерывна на R .
Решим задачу «а».
Так как функция непрерывна на всей числовой оси, то она непрерывна и на любой ее части, в частности, на данном отрезке. А тогда она на этом отрезке имеет наименьшее и наибольшее значения и принимает все значения между ними:
f (4) = log 5 arcctg 4.
Какое из полученных значений больше? Почему? И каким же будет множество значений?
Ответ:
Решим задачу «б».
Ответ: у (–∞ ; log 5 π) на всей области определения.
Задача с параметром
Теперь попробуем составить и решить несложное уравнение с параметром вида f (x ) = a , где f (x ) - та же функция, что и в задании 4.
Задание 5. Определите количество корней уравнения log 5 (arcctg x ) = а для каждого значения параметра а .
Решение. Как мы уже показали в задании 4, функция у = log 5 (arcctg x ) - убывает и непрерывна на R и принимает значения меньше log 5 π. Этих сведений достаточно, чтобы дать ответ.
Ответ: если а < log 5 π, то уравнение имеет единственный корень;
если а ≥ log 5 π, то корней нет.
Учитель. Сегодня мы рассмотрели задачи, связанные с нахождением множества значений функции. На этом пути мы открыли для себя новый метод решения уравнений и неравенств - метод оценки, поэтому нахождение множества значений функции стало средством решения задач более высокого уровня. При этом мы увидели, как конструируются такие задачи и как свойства монотонности функции облегчают их решение.
И мне хочется надеяться, что та логика, которая связала рассмотренные сегодня задачи, вас поразила или хотя бы удивила. Иначе и быть не может: восхождение на новую вершину никого не оставляет равнодушным! Мы замечаем и ценим красивые картины, скульптуры и т.д. Но и в математике есть своя красота, притягивающая и завораживающая - красота логики. Математики говорят, что красивое решение - это, как правило, правильное решение, и это не просто фраза. Теперь Вам самим предстоит находить такие решения и один из путей к ним мы указали сегодня. Удачи вам! И помните: дорогу осилит идущий!
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ
ГБПОУ «СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»
Практические работы
По дисциплине «Математика»
Раздел: « Функции, их свойства и графики».
Тема: Функции. Область определения и множество значений функции. Четные и нечетные функции.
(дидактический материал)
Составила:
Преподаватель
Казанцева Н.А.
Южно-сахалинск-2017
Практические работы по математике по разделу « и методические указания по их выполнению предназначены для студентов ГБПОУ «Сахалинский строительный техникум»
Составител ь : Казанцева Н. А., преподаватель математики
Материал содержит практические работы по математике « Функции, их свойства и графики» и указания по их выполнению. Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по математике и предназначены для студентов Сахалинского строительного техникума , обучающихся по программам общего образования.
1)Практическое занятие №1. Функции. Область определения и множество значений функции.……………………………………………………………...4
2)Практическое занятие №2 . Четные и нечетные функции……………….6
Практическое занятие №1
Функции. Область определения и множество значений функции.
Цели: закрепить умения и навыки решения задач по теме: «Область определения и множество значений функции.
Оборудование:
Указание. Сначала следует повторить теоретический материал по теме: «Область определения и множество значений функции», после чего можно приступать к выполнению практической части.
Методические указания:
Определение : Область определения функции – это множество всех значений аргумента х, на котором задается функция (или множество х при которых функция имеет смысл).
Обозначение: D (у), D ( f )- область определения функции.
Правило: Для нахождения о бласти определения функции по графику необходимо график спроектировать на ОХ.
Определение: Область значения функции – это множество у, при которых функция имеет смысл.
Обозначение: Е(у), Е(f )- область значения функции.
Правило: Для нахождения о бласти значения функции по графику необходимо график спроектировать на ОУ.
№ 1.Найдите значения функции:
a ) f (x ) = 4 x + в точках 2;20 ;
б) f (x ) = 2 · cos (x ) в точках; 0;
в) f (x ) = в точках 1;0; 2;
г) f (x ) = 6 sin 4 x в точках; 0;
е) f (x ) = 2 9 x + 10 в точках 2; 0; 5.
№ 2.Найдите область определения функции:
a) f(x) = ; б ) f(x) = ; в ) f(x) = ;
г) f (x ) = ; д) f (x ) = ; е) f (x ) = 6 x +1;
ж) f (x ) = ; з) f (x ) = .
№3. Найдите область значений функции:
а) f (x ) = 2+3 x ; б) f (x ) = 2 7 x + 3.
№ 4.Найдите область определения и область значения функции, график которой изображен на рисунке:
Практическое занятие №2
Четные и нечетные функции.
Цели: закрепить умения и навыки решения задач по теме: «Четные и нечетные функции».
Оборудование: тетрадь для практических работ, ручка, методические рекомендации по выполнению работы
Указание. Сначала следует повторить теоретический материал по теме: «Четные и нечетные функции», после чего можно приступать к выполнению практической части.
Не забывайте о правильном оформлении решения.
Методические указания:
К важнейшим свойствам функций относится четность и нечетность.
Определение: Функция называется нечетной меняет свое значение на противоположное,
т.е. f (х )= f (х ) .
График нечетной функции симметричен относительно начала координат (0;0).
Примеры : нечетными функциями являются у=х, у= , у= sin х и др.
Например, график у= действительно обладает симметричностью относительно начала координат (см. рис.1):
Рис.1. Г рафик у= (кубическая парабола)
Определение: Функция называется четной , если при изменении знака аргумента, она не меняет свое значение, т.е. f (х )= f (х ) .
График четной функции симметричен относительно оси ОУ.
Примеры : четными функциями являются функции у= , у= ,
у= cos x и др.
Например, покажем симметричность графика у= относительно оси ОУ:
Рис.2. Г рафик у=
Задания для практической работы:
№1. Исследуйте функцию на четность или нечетность аналитическим путем:
1) f (х ) = 2 х 3 – 3; 2) f (х ) = 5 х 2 + 3;
3) g (х ) = – + ; 4) g (х ) = –2 х 3 + 3;
5) у(х)= 7хс tg x ; 6) у(х)= + cos x ;
7) t (х)= tg x 3; 8) t (х)= + sin x .
№2. Исследуйте функцию на четность или нечетность аналитическим путем:
1) f (х ) = ; 2) f (х ) = 6 + · sin 2 x · cos x ;
3) f (х ) = ; 4) f (х ) = 2 + · cos 2 x · sin x ;
5) f (х ) = ; 6) f (х ) = 3 + · sin 4 x · cos x ;
7) f (х ) = ; 8) f (х ) = 3 + · cos 4 x · sin x .
№3. Исследуйте функцию на четность или нечетность по графику:
№4. Проверьте, является ли четной или нечетной функция?