يك تابع از مجموعه A به مجموعه B رابطهاي بين دو مجموعه است كه به هر عضو A دقيقاً يك عضو از B را نسبت ميدهد. اعضاي A و B هر شيء ميتوانند باشند اما اگر \(A \subseteq R\) و\(B \subseteq R\) تابع f را تابع حقيقي ميناميم
A را دامنه تابع ، B را هم دامنه آن و مجموعه\(\left\{ {f\left. {\left( x \right)} \right|} \right.x \in \left. A \right\}\) را برد تابع f گوييم.
مثال
تابع حقيقي\(A \to B\) :را كه در آن \(A = \left\{ {1,2,3,4,\left. 5 \right\}} \right.\)و هر عضواز f به صورت \((t,2t)\) ميباشد را در نظر بگيريد
الف) مجموعه B را توصيف كنيد.
ب) تابع f را با اعضايش مشخص كنيد.
ج) ضابطه تابع f را مشخص كنيد؟
د) اگر N) \(B = N\) مجموعه اعداد طبيعي است)، معرفي كاملي از تابع f را بنويسيد.
الف) مجموعه B هر زير مجموعه اي از اعداد حقيقي شامل مجموعه \(\left\{ {2,4,6,8,\left. {10} \right\}} \right.\) ميتواند باشد
ب) اعضاي تابع f به صورت\(f = \left\{ {\left( {1,2} \right)} \right.,\left( {2,4} \right),\left( {3,6} \right),\left( {4,8} \right),\left. {\left( {5,10} \right)} \right\}\) ميباشد.
ج) ضابطه تابع f را ميتوان به صورت \(f(x) = 2x\) نوشت.
د) تابعfراميتوان به صورتهاي\(\left\{ \begin{array}{l}f:A \to N\\f(x) = 2x\end{array} \right.\) يا\(\left\{ \begin{array}{l}\left\{ {f:\left\{ {1,2,3,4,\left. 5 \right\}} \right.} \right. \to \left\{ {1,2,3,4,5,\left. {...} \right\}} \right.\\f(x) = 2x\end{array} \right.\) نوشت كه به طوركامل تابع فوق را معرفي ميكنند توجه كنيد كه مجموعه A دامنه تابع f و مجموعه N ، هم دامنه تابع و همچنين برد تابع مجموعه \(\left\{ {2,4,6,8\left. {,10} \right\}} \right.\) ميباشد.
مثال
مجموعه A داراي m عضو و مجموعه B داراي n عضو ميباشد و تابع g از A به B تعريف شده است.
الف) در نمودار ون مربوط به تابع g چند پيكان بايد وجود داشته باشد.
ب) نمودار ون تابع g را طوري رسم كنيد كه.\(m < n\)
ج) نمودار ون تابع g را طوري رسم كنيد كه \(m = n\)
د) نمودار ون تابع g را طوري رسم كنيد كه \(m > n\)
الف) با توجه به اينكه از هر عضو A دقيقاً يك پيكان بايد خارج شده باشد بنابراين دقيقاً بايد m پيكان از A به B كشيده شود.
ب) بيشمار تابع براي g ميتوان در نظر گرفت.به عنوان مثال ميتوان g را چنين در نظر گرفت:
مجموعه {فرانسه، انگليس، ايران} دامنه تابع و مجموعه { رياض، پاريس، لندن، تهران} هم دامنه تابع و مجموعه {پاريس، لندن، تهران} باشندبرد تابع مي باشند.
ج) ميتوان g را چنين در نظر گرفت.
مجموعه \(\left\{ {ali,reza,ami} \right.\left. r \right\}\) دامنه تابع و\(\left\{ {A,R,\left. B \right\}} \right.\) هم دامنه تابع و مجموعه \(\left\{ {A,\left. R \right\}} \right.\) برد تابع ميباشند.
د) تابع g را ميتوان چنين در نظر گرفت
مجموعه \(\left\{ {1,2,5,\left. 8 \right\}} \right.\) دامنه تابع و مجموعه {نه اول و نه مركب، عدد مركب، عدد اول} هم دامنه و برد تابع هستند.
مثال
تابع:\(A \to B\) را طوري مشخص كنيد كه:
الفA (متناهي و B نامتناهي باشد.
ب A (نامتناهي و B متناهي باشد.
جA ( و B هر دو نامتناهي باشند.
مثال
الف) تابع f با ضابطه \(y = \frac{9}{5}x + 32\) را رسم كنيد.
ب) تابع \(g:\left[ { - 20,20} \right] \to R\) با ضابطه \(g(x) = \frac{9}{5}x + 32\) را رسم كنيد.
ج) آيا تابع h را ميتوان به قسمي در نظر گرفت كه دامنه و ضابطه آن با تابع g يكي باشد اما هم دامنه آن مجموعه Z باشد.
الف) با توجه به اينكه نمودار ضابطه داده شده يك خط است و هر خط با 2 نقطه مشخص ميشود كافي است 2 نقطه از اين خط را يافته و خط را رسم كرد.
به عنوان مثال:
\(x = 0 \Rightarrow y = 32 \Rightarrow (0,32) \in f,x = - 10 \Rightarrow y = 14 \Rightarrow ( - 10,14) \in f\)
لذا شكل آن به صورت زير خواهد بود.
ب) نموار اين تابع قسمتي از تابع f است كه در آن \( - 20 \le x \le 20\) در واقع تابع g را تحديد تابع f ميناميم و نمودار آن چنين است:
ج) با توجه به اينكه\(g\left( 1 \right) = \frac{9}{5} + 32 = \frac{{169}}{5}\) لذا چنين تابعي نميتوان يافت.
مثال
از بين مستطيل هاي قابل محاط شدن در مثلث متساوي الاضلاع به ضلع 1 كدام مستطيل بيشترين مساحت را دارد؟
طبق شكل اگر DC را برابر x بگيريم، داريم\(DFC = 30\) (چرا) و از آنجا\(F{C^2} = 2x\) با توجه به رابطه ي فيثاغورس داريم:
\(F{C^2} = D{C^2} + F{D^2} \Rightarrow {(2x)^2} = {x^2} + F{D^2} = FD = \sqrt 3 x\)
لذا مساحت مستطيل فوق از رابطه\(S = (1 - 2x)x\sqrt 3 \) دست مي آيد و داريم:
\(s = - 2\sqrt 3 ({x^2} - \frac{1}{2}x) = - 2\sqrt 3 \left[ {{{(x - \frac{1}{4})}^2} - \frac{1}{{16}}} \right] = - 2\sqrt 3 {(x - \frac{1}{4})^2} + \frac{{\sqrt 3 }}{8}\)
اما بيشترين مقدار عبارت \( - 2\sqrt 3 {(x - \frac{1}{4})^2}\) صفر است كه به ازاي\(x = \frac{1}{4}\) به دست مي آيد و لذا ماكزيمم S برابر \(\frac{{\sqrt 3 }}{8}\) است و طول و عرض اين مستطيل برابر است با\(x\sqrt 3 = \frac{1}{4}\sqrt 3 \) و
\(1 - 2x = 1 - 2(\frac{1}{4}) = \frac{1}{2}\)
دوتابع f و g در صورتي مساويند كه هردو شرط زير برقرار باشد:
الف) دامنه دو تابع با هم برابر باشند.
ب) به ازاي هر عضو از دامنه آنها داشته باشيم\(f(x) = g(x)\).
مثال
توابع \(g = \left\{ {\left( {3,4} \right)} \right.,(7,5),(9, - 1\left. ) \right\}\) و \(f = \left\{ {(3,4)(7, - 1),(9,5\left. ) \right\}} \right.\) را در نظر بگيريد. آيا اين دو تابع با هم مساويند.
دامنه اين دو تابع مجموعه \(\left\{ {3,7,\left. 9 \right\}} \right.\) است كه با هم مساوي است . \(f(7) = - 1\) ولي \(g(7) = 5\) پس دو تابع با هم مساوي نيستند .
مثال
توابع \(\left\{ \begin{array}{l}f:A \to R\\f(x) = 3{x^3} + 1\end{array} \right.\) و \(\left\{ \begin{array}{l}g:A \to R\\g = \left\{ {(1,a),(b,2),(a,c\left. ) \right\}} \right.\end{array} \right.\) را در نظر بگيريد a ، b وc را طوري بيابيد كه دو تابع با هم مساوي باشند.
چون\(1 \in {D_g}\) لذا بايد \(1 \in {D_f}\) و \(f(1) = 4\) پس بايد \(g(1) = 4\) يعني \(a = 4\) همچنين \(g(b) = 2\) و از حل معادله\(f(x) = 2\) نتيجه ميشود كه \(x = \frac{1}{{^3\sqrt 3 }}\)لذا \(b = \frac{1}{{^3\sqrt 3 }}\) با استدلال هاي مشابه \(4 \in {D_g}\)و در نتیجه باید\(4 \in {D_f}\) و چون \(f(4) = 193\) لذا \(g(4) = 193\) يعني \(c = 193\)
پس تابع gبه صورت \(g(x) = \left\{ {(1,4),(\frac{1}{{^3\sqrt 3 }}} \right.),(4,193\left. ) \right\}\) بوده و A نيز چنين است \(A = \left\{ {(1,4),(\frac{1}{{^3\sqrt 3 }}} \right.),\left. 4 \right\}\)
توابع \(f(x) = {\sin ^2}x + {\cos ^2}x\) و\(g(x) = 1\) با هم برابرند دقت كنيد كه دامنه هر دو تابع مجموعه R است.
مثال
آیا توابع \(f(x) = \sqrt {{x^2}} \) و\(g(x) = x\) با هم مساويند؟
دامنه هر دو تابع مجموعه اعداد حقیقی است اما به ازای هر \(x < 1\) مقادیر هر دو تابع برابر نیست مثلا\(f( - 5) = \sqrt {(5} {)^2} = 25 = 5\) ولی \(g( - 5) = - 5\)
مثال
آيا توابع \(f(x) = \tan x\) و \(g(x) = \frac{1}{{\cot x}}\) باهم برابرند؟
ميدانيد كه \(\tan x\) به ازاي هر\(x = k\pi + \frac{\pi }{2}\) , \(K \in Z\) تعريف نشده است يعني اين نقاط در دامنه تابع f قرار ندارند.
اما \(\cot x\) به ازاي هر \(x = k\pi \) ,\(K \in Z\) تعريف نشده و به ازاي هر\(x = k\pi + \frac{\pi }{2}\) , \(K \in Z\) صفر 2 ميشود لذا مجموعه اين نقاط يعني نقاط به طول\(x = k\frac{\pi }{2}\) \(K \in Z\) , عضو دامنه تابع g نميباشد.
بنابراين دامنه اين دو تابع برابر نيست . به عنوان مثال \(f(0)\) تعريف شده و برابر صفر است اما تابع g به ازاي \(x = 0\) تعريف نشده است
مثال
به طور مشابه با مثال قبل توابع\(f(x) = \log {x^2}\) و \(g(x) = 2\log x\) باهم برابر نیستند زیرا دامنه تابع f مجموعه \(R - \left\{ {\left. 0 \right\}} \right.\) است ولي دامنه تابع g مجموعه \(\left\{ {\left. x \right|} \right.x > \left. 0 \right\}\) مي باشد كه برابر نيستند.
مثال
M و L را طوري بيابيد كه توابع f و g باهم برابر باشند.
\(f(x) = \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{\frac{{x + 2}}{{{x^2} - 4}},x \ne - 2,2}\\{L,x = - 2}\\{5,x = 2}\end{array}} \right.\,\,\,,\,\,\,g(x) = \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{\frac{1}{{x - 2}},x \ne 2}\\{}\\{M,x = 2}\end{array}} \right.\)
اولاً دامنه هر دو تابع مجموعه اعداد حقيقي است و \(g(2) = M\) و \(M = 5\) بنابراين 5 همچنين \(f( - 2) = L\) و \(g( - 2) = \frac{1}{{ - 4}}\) لذا.\(L = - \frac{1}{4}\) توجه كنيد كه اگر \(x \ne 2\), \(x \ne - 2\) آنگاه:
\(f(x) = \frac{{x + 2}}{{x - 2}} = \frac{{x + 2}}{{(x - 2)(x + 2)}} = \frac{1}{{x - 2}}\)
تهیه کننده: حامد دلیجه