بخشی از بانک سؤال طبقهبندیشدهی این مبحث در کوئیز سنتر — رایگان و بدون نیاز به ثبتنام
خلاصهی درسنامه
این خلاصهی 30 درصدی درسنامه اصلی است. متن کامل با همهی نکتهها، مثالهای حلشده و جمعبندی، با ثبتنام رایگان در دسترست قرار میگیرد.
تابع — خلاصهٔ فصل ۱
توابع چند جملهای
هر تابع به صورت f(x)=anxn+an−1xn−1+⋯+a1x+a0 که در آن aiها حقیقی، n عدد صحیح نامنفی و an=0 باشد، تابع چند جملهای از درجهٔ n نامیده میشود. تابع ثابت (f(x)=b)، خطی (f(x)=ax+b)، درجهٔ دوم (ax2+bx+c) و درجهٔ سوم (ax3+bx2+cx+d) همه از این خانوادهاند. دامنهٔ همهٔ توابع چند جملهای R است. نکتهٔ کنکوری: توابعی مثل x یا x1 چند جملهای نیستند چون توان x باید عدد صحیح نامنفی باشد.
تابع درجهٔ دوم (سهمی)
فرم کانونی (تکمیل مربع): f(x)=a(x+2ab)2+c−4ab2=a(x−h)2+k که h=−2ab رأس سهمی و محور تقارن است. اگر a>0 سهمی رو به بالاست (کمینه در x=h)؛ اگر a<0 رو به پایین (بیشینه در x=h). با Δ=b2−4ac: Δ>0 دو ریشهٔ متمایز، Δ=0 یک ریشهٔ مضاعف، Δ<0 بدون ریشهٔ حقیقی.
تابع درجهٔ سوم (مکعبی)
f(x)=ax3+bx2+cx+d(a=0)
دامنه و برد هر دو R هستند. تابع f(x)=x3 اکیداً صعودی روی کل R است و نمودارش نقطهٔ عطف در مبدأ دارد. مثال: نمودار y=(x−1)3−1 همان نمودار y=x3 است که یک واحد به راست و یک واحد به پایین منتقل شده.
توابع صعودی و نزولی
فرض A⊆Df و x1,x2∈A با x1<x2:
نوع
شرط
صعودی
f(x1)≤f(x2)
نزولی
f(x1)≥f(x2)
اکیداً صعودی
f(x1)<f(x2)
اکیداً نزولی
f(x1)>f(x2)
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). f(x)=∣x∣ در (−∞,0) اکیداً نزولی و در [0,+∞) اکیداً صعودی است، ولی در کل R نه صعودی و نه نزولی.
قضیهٔ بسیار مهم: هر تابع اکیداً یکنوا روی یک بازه، یکبهیک است روی آن بازه. (اثبات: اگر f(x1)=f(x2) با f اکیداً صعودی، نه x1<x2 ممکن است نه x1>x2، پس x1=x2.) عکس این قضیه لزوماً درست نیست — تابع میتواند یکبهیک باشد بدون یکنوا بودن.
یکنوایی sinx: در [−2π+2kπ,2π+2kπ] صعودی و در [2π+2kπ,23π+2kπ] نزولی است.
ترکیب توابع
(g∘f)(x)=g(f(x))
Dg∘f={x∈Df∣f(x)∈Dg}
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:f(x)=x−1، g(x)=2x2−1. برای g∘f: Df=[1,+∞) و (g∘f)(x)=2(x−1)−1=2x−3 با دامنهٔ [1,+∞) — با اینکه ضابطهٔ نهایی 2x−3 در R تعریفشده است. برای f∘g: باید 2x2−1≥1 باشد، پس Df∘g=(−∞,−1]∪[1,+∞).
خواص ترکیب (فراتر از کتاب): شرکتپذیری (h∘g)∘f=h∘(g∘f)؛ عموماً g∘f=f∘g؛ اگر I(x)=x آنگاه f∘I=I∘f=f؛ برد g∘f زیرمجموعهای از برد g است.
ترکیب با دامنهٔ گسسته: اگر f={(0,−1),(5,2),(3,5),(−2,4)} و g={(7,8),(5,3),(9,8),(11,4)}، برای محاسبهٔ (g∘f)(x) باید f(x) عضو دامنهٔ g باشد؛ فقط برای x=3 داریم f(3)=5∈Dg و g(5)=3، پس g∘f={(3,3)} — بقیهٔ مقادیر تعریفنشدهاند.
مثال کاربردی ترکیب (تخفیف الناز): اگر قیمت اصلی x تومان باشد، تابع تخفیف ۲۰٪: f(x)=0.8x و تابع تخفیف نقدی: g(x)=x−200,000. حالت «اول ۲۰٪ سپس نقدی»: (g∘f)(x)=0.8x−200,000. حالت «اول نقدی سپس ۲۰٪»: (f∘g)(x)=0.8x−160,000. چون 0.8x−200,000<0.8x−160,000، حالت اول (اول تخفیف درصدی) برای خریدار بهتر است.
تبدیل نمودار توابع
ضابطه
تبدیل
y=f(x)+c / −c
انتقال بالا/پایین به اندازهٔ c
y=f(x−c) / f(x+c)
انتقال راست/چپ به اندازهٔ c
y=kf(x)
کشش عمودی با ضریب k
y=f(kx)
کشش افقی با ضریب k1
y=−f(x)
قرینه نسبت به محور x
y=f(−x)
قرینه نسبت به محور y
$y=
f(x)
برای y=kf(x): k>1 انبساط عمودی، 0<k<1 انقباض عمودی. برای y=f(kx): k>1 انقباض افقی، 0<k<1 انبساط افقی. مثال: y=sin(2x) انقباض افقی با ضریب 21 دارد و دورهٔ تناوب جدیدش π است.
تابع وارون
تابع fیکبهیک است اگر x1=x2⇒f(x1)=f(x2) (آزمون خط افقی). اگر f یکبهیک باشد:
(a,b)∈f⇔(b,a)∈f−1,Df−1=Rf,Rf−1=Df
روش یافتن ضابطهٔ وارون: ۱) y=f(x) را بنویس؛ ۲) x را برحسب y بیاب؛ ۳) x و y را جابجا کن.
مثال:f(x)=x+3، Df=[−3,+∞)، Rf=[0,+∞)؛ از y2=x+3 نتیجه میشود f−1(x)=x2−3 با Df−1=[0,+∞).
ارتباط هندسی: نمودار f و f−1 نسبت به خط y=x قرینهاند، چون جابجایی (a,b)→(b,a) معادل این قرینگی است.
(f∘f−1)(x)=x∀x∈Df−1,(f−1∘f)(x)=x∀x∈Df
محدود کردن دامنه برای یافتن وارون: برای h(x)=x2−2x+2=(x−1)2+1 (رأس (1,1))، با محدود کردن به [1,+∞): h−1(x)=x−1+1؛ با محدود کردن به (−∞,1]: h−1(x)=−x−1+1.
خواص وارون (فراتر از کتاب):(f−1)−1=f؛ اگر f اکیداً صعودی باشد f−1 نیز اکیداً صعودی است (مشابه برای نزولی)؛ (g∘f)−1=f−1∘g−1 (ترتیب معکوس میشود). توابع متناوب مانند sin روی کل دامنهشان وارون ندارند، اما با محدودسازی دامنه میتوان تعریف کرد: sin−1:[−1,1]→[−2π,2π].
نکتهٔ کنکوری: برای f(x)=ax2+bx+c، بازهٔ یکبهیکشدن باید شامل یا سمت راست یا سمت چپ رأس x=−2ab باشد. اگر f(a)=b آنگاه f−1(b)=a — سادهترین روش محاسبهٔ مقادیر وارون. نقاط روی خط y=x (مانند (a,a)) در f و f−1 مشترکاند.
جدول وارون توابع مهم:
تابع f(x)
دامنه
f−1(x)
دامنهٔ وارون
ax+b
R
ax−b
R
x3
R
3x
R
x
[0,+∞)
x2
[0,+∞)
x2
[0,+∞)
x
[0,+∞)
مثال کاربردی (تبدیل دما):f(x)=59x+32 (سانتیگراد به فارنهایت)؛ وارونش f−1(x)=95(x−32) دمای فارنهایت را به سانتیگراد برمیگرداند.
جدول خلاصهٔ کل فصل
مفهوم
تعریف/فرمول
شرط مهم
تابع چند جملهای
f(x)=anxn+⋯+a0
an=0، توان صحیح نامنفی
تابع اکیداً صعودی
x1<x2⇒f(x1)<f(x2)
روی بازهٔ A
ترکیب توابع
(g∘f)(x)=g(f(x))
Rf∩Dg=∅
دامنهٔ مرکب
Dg∘f={x∈Df∣f(x)∈Dg}
محاسبه از تعریف
تابع وارون
f(a)=b⇔f−1(b)=a
f باید یکبهیک باشد
وارون ترکیب
(g∘f)−1=f−1∘g−1
هر دو وارونپذیر
نمونه تست
پاسخنامهی تحلیلی سهبخشی برای هر سؤال
۱چرا گزینهی درست، درست است
۲چرا هر گزینهی دیگر غلط است
۳تلهی تستیای که باید بشناسی
1. اگر f(x)=2x4−3x2+7 باشد، کدام گزینه درست است؟
تابع چندجملهای درجهٔ ۴ است و دامنهٔ آن [0,+∞) است.
تابع چندجملهای درجهٔ ۴ است و دامنهٔ آن R است.
تابع چندجملهای درجهٔ ۴ است و دامنهٔ آن R∖{0} است.
تابع چندجملهای درجهٔ ۳ است و دامنهٔ آن R است.
پاسخنامهی تحلیلی
بالاترین توانِ x برابر 4 و صحیح نامنفی است، پس تابع چندجملهای درجهٔ ۴ است؛ دامنهٔ هر تابعِ چندجملهای بدونِ استثنا R است. سایر گزینهها درجه یا دامنه را نادرست بیان کردهاند. تلهٔ تستی: توابعِ چندجملهای هرگز دامنهشان محدود نمیشود؛ نباید حضورِ توانهای زوج را با نیازِ به دامنهٔ محدود (مثلِ رادیکال) اشتباه گرفت.
2. کدام تابع چندجملهای نیست؟
p(x)=−7
f(x)=x5−2x+1
g(x)=3x2+21
h(x)=x1/2+4
پاسخنامهی تحلیلی
در h(x)=x1/2+4 توانِ x برابرِ 21 است که نه صحیح است و نه نامنفیِ صحیح، پس چندجملهای نیست؛ سایر گزینهها همگی توانهای صحیح نامنفی دارند. تلهٔ تستی: توانِ کسری یا منفی، صرفنظر از سادگیِ ظاهریِ ضابطه، بلافاصله تابع را از ردهٔ چندجملهای خارج میکند.
3. رأس سهمی f(x)=x2−6x+5 کدام است؟
(3,5)
(3,−4)
(6,5)
(−3,−4)
پاسخنامهی تحلیلی
با تکمیل مربع f(x)=(x−3)2−4، رأس در (3,−4) است. سایر گزینهها یا مختصات را جابجا کردهاند یا از فرمولِ نادرست استفاده کردهاند. تلهٔ تستی: رأس (h,k) از h=−2ab و k=f(h) به دست میآید؛ نباید ضرایبِ b و c را مستقیماً بهعنوانِ مختصاتِ رأس در نظر گرفت.
4. معادلهٔ x2−2x+5=0 چند ریشهٔ حقیقی دارد؟
هیچ ریشهٔ حقیقی
بینهایت ریشهٔ حقیقی
دو ریشهٔ حقیقی متمایز
یک ریشهٔ حقیقی مضاعف
پاسخنامهی تحلیلی
Δ=(−2)2−4(1)(5)=4−20=−16<0، پس معادله هیچ ریشهٔ حقیقیای ندارد. تلهٔ تستی: علامتِ منفیِ ممیز مستقیماً یعنی نمودارِ سهمی محورِ xها را قطع نمیکند؛ نباید آن را با «یک ریشهٔ مضاعف» (Δ=0) اشتباه گرفت.
5. اگر Δ=0 برای یک تابع درجهٔ دوم برقرار باشد، کدام نتیجه درست است؟
تابع یک ریشهٔ حقیقی مضاعف دارد.
تابع هیچ ریشهٔ حقیقی ندارد.
تابع لزوماً خطی است.
تابع دو ریشهٔ حقیقی متمایز دارد.
پاسخنامهی تحلیلی
وقتی Δ=b2−4ac=0 باشد، دو ریشهٔ معادلهٔ درجهٔ دوم با هم برابر میشوند و به یک ریشهٔ حقیقیِ مضاعف تبدیل میگردند؛ این ریشه برابر x=−2ab است. «دو ریشهٔ متمایز» مربوط به Δ>0 است؛ «هیچ ریشهای» مربوط به Δ<0 است؛ خطیبودنِ تابع هیچ ربطی به علامتِ Δ ندارد. تلهٔ تستی: Δ=0 یعنی نمودارِ سهمی دقیقاً بر محورِ xها مماس میشود (رأس روی محور x قرار میگیرد)، نه اینکه اصلاً محور را قطع نکند.
6. دامنهٔ تابع f(x)=x−3 کدام است؟
[3,+∞)
(−∞,3]
R
(3,+∞)
پاسخنامهی تحلیلی
برایِ تعریفِ رادیکال باید x−3≥0 باشد، پس دامنه [3,+∞) است. سایر گزینهها جهتِ نامساوی یا مرزِ آن را اشتباه گرفتهاند. تلهٔ تستی: علامتِ داخلِ رادیکال باید نامنفی باشد (شاملِ صفر)، نه فقط مثبتِ اکید؛ نقطهٔ x=3 باید در دامنه بماند.
7. کدام گزینه **همهٔ** بازههای فهرستشدهای را نام میبرد که تابعِ f(x)=x2 روی هر یک از آنها (بهتنهایی) یکبهیک است؟
R
فقط (−∞,0]
فقط [0,+∞)
هر دو بازهٔ (−∞,0] و [0,+∞) (هرکدام بهتنهایی)
پاسخنامهی تحلیلی
رأسِ سهمیِ f(x)=x2 در x=0 است. روی (−∞,0] تابع اکیداً نزولی و روی [0,+∞) اکیداً صعودی است؛ پس روی هر یک از این دو بازه بهتنهایی یکبهیک است. چون سؤال *همهٔ* بازههای مناسب را میخواهد، پاسخِ کامل «هر دو بازه» است.
وارسیِ مستقل: روی (−∞,0] اگر x1<x2≤0 آنگاه x12>x22 (چون هر دو نامثبتاند و قدرمطلقِ x1 بزرگتر است) — پس مقادیر متمایزند. روی [0,+∞) اگر 0≤x1<x2 آنگاه x12<x22 — باز هم متمایز.
ردِ سایر گزینهها: R نادرست است چون f(−1)=f(1)=1. «فقط (−∞,0]» و «فقط [0,+∞)» هرکدام درستاند اما ناقصاند و واژهٔ «فقط» ادعای انحصاریای میکند که برقرار نیست. تلهٔ تستی: توجه کنید که *اجتماعِ* این دو بازه (R) یکبهیکی را از بین میبرد؛ گزینهٔ درست به «هرکدام بهتنهایی» اشاره دارد نه به اجتماعشان.
8. اگر f(x)=x−2 و g(x)=x2+1، آنگاه (g∘f)(x) کدام است؟
x2−2x+1
x2−4x+1
x2+4x+5
x2−4x+5
پاسخنامهی تحلیلی
(g∘f)(x)=g(x−2)=(x−2)2+1=x2−4x+4+1=x2−4x+5. سایر گزینهها از گسترشِ نادرستِ (x−2)2 یا فراموشکردنِ عددِ ثابت ناشی میشوند. تلهٔ تستی: (x−2)2 باید کامل به x2−4x+4 گسترده شود، نه بهاشتباه به x2−2x+4 یا مشابه.
9. اگر f(x)=x−1 و g(x)=x2+2، آنگاه دامنهٔ f∘g کدام است؟
[−1,+∞)
R
(−∞,1]
[1,+∞)
پاسخنامهی تحلیلی
دامنهٔ f∘g برابر {x∈Dg∣g(x)∈Df} است. چون Dg=R و شرط g(x)∈Df=[1,+∞) یعنی x2+2≥1 که برای همهٔ x برقرار است (چون x2+2≥2)، دامنه کل R است. سایر گزینهها یعنی «[−1,+∞)»، «[1,+∞)» و «(−∞,1]» هر سه دامنه را ناقص میگیرند و شرط «برای همهٔ x برقرار است» را نادیده میگیرند. تلهٔ تستی: چون ضابطهٔ نهایی x2+1 شبیه رادیکالهای محدودکننده بهنظر میرسد، دانشآموز اشتباهاً دامنه را محدود میکند؛ باید حتماً شرط g(x)∈Df را مستقیماً بررسی کرد، نه فقط ظاهر ضابطهٔ نهایی را.
10. اگر f(x)=x−21 و g(x)=x+2، آنگاه دامنهٔ f∘g کدام است؟
R∖{−2}
R
R∖{0}
R∖{2}
پاسخنامهی تحلیلی
چون (f∘g)(x)=(x+2)−21=x1، باید x=0 باشد؛ پس دامنه R∖{0} است. گزینهٔ «R∖{2}» و «R∖{−2}» محدودیتِ دامنهٔ f یا g را بهجای دامنهٔ واقعیِ ترکیب اعمال میکنند؛ «R» اصلاً محدودیت مخرج را نادیده میگیرد. تلهٔ تستی: محدودیتِ x=2 مربوط به ضابطهٔ اصلیِ f است، نه ترکیب؛ باید همیشه ضابطهٔ نهاییِ ترکیب را ساده و سپس محدودیتش را جداگانه بررسی کرد.