تابع — خلاصهٔ فصل ۱
توابع چند جملهای
هر تابع به صورت ادامهٔ فرمول را افقی ببین که در آن ادامهٔ فرمول را افقی ببینها حقیقی، ادامهٔ فرمول را افقی ببین عدد صحیح نامنفی و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، تابع چند جملهای از درجهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین نامیده میشود. تابع ثابت (ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، خطی (ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، درجهٔ دوم (ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین) و درجهٔ سوم (ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین) همه از این خانوادهاند. دامنهٔ همهٔ توابع چند جملهای ادامهٔ فرمول را افقی ببین است. نکتهٔ کنکوری: توابعی مثل ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین یا ادامهٔ فرمول را افقی ببین چند جملهای نیستند چون توان ادامهٔ فرمول را افقی ببین باید عدد صحیح نامنفی باشد.
تابع درجهٔ دوم (سهمی)
فرم کانونی (تکمیل مربع): ادامهٔ فرمول را افقی ببین که در آن ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ رأس سهمی نقطهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین و محور تقارن خط ادامهٔ فرمول را افقی ببین است. اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین سهمی رو به بالاست (کمینه در ادامهٔ فرمول را افقی ببین)؛ اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین رو به پایین (بیشینه در ادامهٔ فرمول را افقی ببین). با ادامهٔ فرمول را افقی ببین: ادامهٔ فرمول را افقی ببین دو ریشهٔ متمایز، ادامهٔ فرمول را افقی ببین یک ریشهٔ مضاعف ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین بدون ریشهٔ حقیقی.
مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ رأس ادامهٔ فرمول را افقی ببین و محور تقارن ادامهٔ فرمول را افقی ببین است، و همین تابع در ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً نزولی و در ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً صعودی است.
تابع درجهٔ سوم (مکعبی)
ادامهٔ فرمول را افقی ببیندامنه و برد هر دو ادامهٔ فرمول را افقی ببین هستند. تابع ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً صعودی روی کل ادامهٔ فرمول را افقی ببین است و نمودارش نقطهٔ عطف در مبدأ دارد. مثال: نمودار ادامهٔ فرمول را افقی ببین همان نمودار ادامهٔ فرمول را افقی ببین است که یک واحد به راست و یک واحد به پایین منتقل شده و نقطهٔ عطفش به ادامهٔ فرمول را افقی ببین رفته است.
توابع صعودی و نزولی
فرض ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین:
| نوع | شرط |
|---|---|
| صعودی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| نزولی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| اکیداً صعودی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| اکیداً نزولی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
قضیه: هر تابع اکیداً یکنوا، یکنواست؛ اما عکس آن لزوماً درست نیست (مثال نقض: تابع ثابت هم صعودی و هم نزولی است اما نه اکیداً). ادامهٔ فرمول را افقی ببین در ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً نزولی و در ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً صعودی است، ولی در کل ادامهٔ فرمول را افقی ببین نه صعودی و نه نزولی.
تلهٔ مهم: «صعودی بودن روی هر تکه» با «صعودی بودن روی اجتماع تکهها» یکی نیست. تابع دوبخشیِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین در هر دو بازهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً صعودی است، اما روی ادامهٔ فرمول را افقی ببین نه: کافی است ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین را مقایسه کنی.
قضیهٔ بسیار مهم: هر تابع اکیداً یکنوا روی یک بازه، یکبهیک است روی آن بازه. (اثبات: اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً صعودی، نه ادامهٔ فرمول را افقی ببین ممکن است نه ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین.) عکس این قضیه لزوماً درست نیست — تابع میتواند یکبهیک باشد بدون یکنوا بودن.
| تابع | روی دامنهٔ کامل یکبهیک است؟ |
|---|---|
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین (ادامهٔ فرمول را افقی ببین) | بله |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | بله |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | بله |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین یا $f(x)= | x |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین یا ادامهٔ فرمول را افقی ببین | خیر — باید به یک بازهٔ اکیداً یکنوا محدود شود |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین (ثابت) | خیر |
یکنوایی توابع مثلثاتی: ادامهٔ فرمول را افقی ببین در ادامهٔ فرمول را افقی ببین صعودی و در ادامهٔ فرمول را افقی ببین نزولی است؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین در ادامهٔ فرمول را افقی ببین نزولی و در ادامهٔ فرمول را افقی ببین صعودی است و همین الگو با دورهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین تکرار میشود. همچنین اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین در ادامهٔ فرمول را افقی ببین صعودی باشد، بزرگترین مقدارش ادامهٔ فرمول را افقی ببین و کوچکترین مقدارش ادامهٔ فرمول را افقی ببین است.
ترکیب توابع
ادامهٔ فرمول را افقی ببینادامهٔ فرمول را افقی ببینبرای اینکه ادامهٔ فرمول را افقی ببین اصلاً تعریف شود، برد ادامهٔ فرمول را افقی ببین و دامنهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین باید اشتراک ناتهی داشته باشند. همچنین همیشه ادامهٔ فرمول را افقی ببین است.
قانون طلایی: دامنهٔ تابع مرکب را همیشه از تعریف محاسبه کن، نه از ضابطهٔ نهایی — ممکن است سادگی ضابطه دامنهٔ واقعی را پنهان کند.
مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین. برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین: ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین با دامنهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین — با اینکه ضابطهٔ نهایی ادامهٔ فرمول را افقی ببین در ادامهٔ فرمول را افقی ببین تعریفشده است. برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین: باید ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
تلهٔ نقطهٔ حذفشده: اگر تابع بیرونی یک نقطه را از دامنهاش کم داشته باشد، باید دید تابع درونی در کدام ادامهٔ فرمول را افقی ببین دقیقاً همان مقدار را میسازد و آن ادامهٔ فرمول را افقی ببین را هم از دامنهٔ ترکیب حذف کرد. برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین باید ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد، یعنی ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
خواص ترکیب (فراتر از کتاب): شرکتپذیری ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ عموماً ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین آنگاه ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ برد ادامهٔ فرمول را افقی ببین زیرمجموعهای از برد ادامهٔ فرمول را افقی ببین است.
یکنوایی ترکیب (فراتر از کتاب): اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین هر دو روی بازهٔ موردنظر اکیداً یکنوا باشند، یکنواییِ ادامهٔ فرمول را افقی ببین درست مثل ضرب علامت به دست میآید: صعودی با صعودی و نزولی با نزولی نتیجهٔ صعودی میدهد، اما ترکیب یک صعودی و یک نزولی نزولی است. مثلاً با ادامهٔ فرمول را افقی ببین (صعودی) و ادامهٔ فرمول را افقی ببین (نزولی)، هم ادامهٔ فرمول را افقی ببین و هم ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً نزولیاند. اگر دامنه به چند تکه بشکند، هر تکه را باید جدا بررسی کرد.
ترکیب با دامنهٔ گسسته: اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، برای محاسبهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین باید ادامهٔ فرمول را افقی ببین عضو دامنهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد؛ فقط برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین داریم ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس ادامهٔ فرمول را افقی ببین — بقیهٔ مقادیر تعریفنشدهاند.
تبدیل نمودار توابع
| ضابطه | تبدیل |
|---|---|
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین / ادامهٔ فرمول را افقی ببین | انتقال بالا/پایین به اندازهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین / ادامهٔ فرمول را افقی ببین | انتقال راست/چپ به اندازهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | کشش عمودی با ضریب ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | کشش افقی با ضریب ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | قرینه نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | قرینه نسبت به محور ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| $y= | f(x) |
در ادامهٔ فرمول را افقی ببین عرض هر نقطه در ادامهٔ فرمول را افقی ببین ضرب میشود و طول ثابت میماند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین انبساط عمودی و ادامهٔ فرمول را افقی ببین انقباض عمودی میدهد؛ چون فقط عرضها تغییر میکنند، ریشههای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین یکساناند. در ادامهٔ فرمول را افقی ببین طول هر نقطه در ادامهٔ فرمول را افقی ببین ضرب میشود و عرض ثابت میماند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین انقباض افقی و ادامهٔ فرمول را افقی ببین انبساط افقی میدهد؛ اینجا برد تغییر نمیکند ولی دامنه میتواند عوض شود. مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین انقباض افقی با ضریب ادامهٔ فرمول را افقی ببین دارد و دورهٔ تناوب جدیدش ادامهٔ فرمول را افقی ببین است، در حالیکه ادامهٔ فرمول را افقی ببین انبساط افقی با ضریب ادامهٔ فرمول را افقی ببین و دورهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین دارد.
تابع وارون
تابع ادامهٔ فرمول را افقی ببین یکبهیک است اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین (آزمون خط افقی: هیچ خط افقی نمودار را در بیش از یک نقطه قطع نکند). اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین یکبهیک باشد:
ادامهٔ فرمول را افقی ببینروش یافتن ضابطهٔ وارون: ۱) ادامهٔ فرمول را افقی ببین را بنویس؛ ۲) ادامهٔ فرمول را افقی ببین را برحسب ادامهٔ فرمول را افقی ببین بیاب؛ ۳) ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین را جابجا کن.
مثال: ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین، ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ از ادامهٔ فرمول را افقی ببین نتیجه میشود ادامهٔ فرمول را افقی ببین با ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
ارتباط هندسی: نمودار ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین نسبت به خط ادامهٔ فرمول را افقی ببین قرینهاند، چون جابجایی ادامهٔ فرمول را افقی ببین معادل این قرینگی است.
ادامهٔ فرمول را افقی ببینمعیار تشخیص وارون بودن دو تابع: ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین وارون یکدیگرند اگر و تنها اگر هر دو ترکیب برابر تابع همانی شوند. برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین داریم ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین، پس وارون یکدیگرند. توجه کن که بررسی فقط یکی از دو ترکیب کافی نیست.
محدود کردن دامنه برای یافتن وارون: برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین (رأس ادامهٔ فرمول را افقی ببین)، با محدود کردن به ادامهٔ فرمول را افقی ببین: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ با محدود کردن به ادامهٔ فرمول را افقی ببین: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. در هر دو حالت دامنهٔ وارون ادامهٔ فرمول را افقی ببین است.
خواص وارون (فراتر از کتاب): ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین اکیداً صعودی باشد ادامهٔ فرمول را افقی ببین نیز اکیداً صعودی است (مشابه برای نزولی)؛ ادامهٔ فرمول را افقی ببین (ترتیب معکوس میشود). توابع متناوب مانند ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین روی کل دامنهشان وارون ندارند، اما با محدودسازی دامنه میتوان تعریف کرد: ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
نکتهٔ کنکوری: برای ادامهٔ فرمول را افقی ببین، بازهٔ یکبهیکشدن باید شامل یا سمت راست یا سمت چپ رأس ادامهٔ فرمول را افقی ببین باشد. اگر ادامهٔ فرمول را افقی ببین آنگاه ادامهٔ فرمول را افقی ببین — سادهترین روش محاسبهٔ مقادیر وارون. نقاط روی خط ادامهٔ فرمول را افقی ببین (مانند ادامهٔ فرمول را افقی ببین) در ادامهٔ فرمول را افقی ببین و ادامهٔ فرمول را افقی ببین مشترکاند.
جدول وارون توابع مهم:
| تابع ادامهٔ فرمول را افقی ببین | دامنه | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | دامنهٔ وارون |
|---|---|---|---|
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
مثال کاربردی (تبدیل دما): ادامهٔ فرمول را افقی ببین (سانتیگراد به فارنهایت)؛ وارونش ادامهٔ فرمول را افقی ببین دمای فارنهایت را به سانتیگراد برمیگرداند.
جدول خلاصهٔ کل فصل
| مفهوم | تعریف/فرمول | شرط مهم |
|---|---|---|
| تابع چند جملهای | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین، توان صحیح نامنفی |
| تابع اکیداً صعودی | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | روی بازهٔ ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| ترکیب توابع | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین |
| دامنهٔ مرکب | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | محاسبه از تعریف |
| تابع وارون | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | ادامهٔ فرمول را افقی ببین باید یکبهیک باشد |
| وارون ترکیب | ادامهٔ فرمول را افقی ببین | هر دو وارونپذیر |