background image

 

Stro

na

Funkcje

, własności, funkcje elementarne 

Krzysztof Molenda – notatki do wykładów 

1.1 

Pojęcie funkcji 

D

EFINICJA 

(

FUNKCJA

Niech  dane  będą  dwa  niepuste  zbiory  X  i  Y.  Mówimy,  ze  na  zbiorze  X  jest  określona 
funkcja  f  o  wartościach  w  zbiorze  Y  (i  zapisujemy  f : X 

 Y)  wtedy  i  tylko  wtedy,  gdy 

każdemu  elementowi  x

X  przyporządkowany  został  jednoznacznie  (dokładnie  jeden) 

element f(x)

Y

Uwagi: 

W  definicji  należy  zwrócić  uwagę  na  słowa  podkreślone:  każdemu  i  jednoznacznie. 
Ponieważ  litera  x  reprezentuje  w  zapisie  funkcji  każdy  element  zbioru  X,  nazywamy  ją 

zmienną niezależną

. Podobnie, literę y nazywamy zmienną zależną, gdyż wartości te zależą 

od x.  

Elementy  zbioru  X  nazywamy 

argumentami  funkcji

.  Elementy  zbioru  Y  nazywamy 

wartościami funkcji

Jeżeli  zbiory  X  i  Y  są  podzbiorami  zbioru  liczb  rzeczywistych  R,  funkcję  nazywamy 

liczbowo-liczbową

, lub 

funkcją rzeczywistą jednej zmiennej rzeczywistej

Zbiór  X  nazywamy 

dziedziną funkcji

  i  zapisujemy  Df.  Jeżeli  w  zadaniu  dziedzina  nie  jest 

podana, musimy ją wyznaczyć. 

Zbiór {yy=f(x) i x

Df}nazywamy 

przeciwdziedziną funkcji

. Oznaczamy go zapisem f(Df

Zbiór  {(x,  y):  y=f(x)  i  x

Df}  nazywamy 

wykresem  funkcji

.  Elementy  tego  zbioru  (pary 

współrzędnych) traktujemy jako punkty płaszczyzny i nanosimy w układzie kartezjańskim. 

Przykład: 

Wyznacz  dziedzinę,  przeciwdziedzinę  funkcji 

𝑦 =  𝑥 + 1 − 2.  Naszkicuj  wykres  tej 

funkcji. 

Rozwiązanie: 

Dziedzina  funkcji:  Analizujemy  możliwość  wykonalności  działań  definiujących  funkcję. 
Musimy  przyjąć  założenie  dotyczące  możliwości  pierwiastkowania,  tzn.  x+1 

 0.  Zatem 

x 

 –1. 

Df = {xx+1 

 0} = [-1, +

). 

Przeciwdziedzina  funkcji:  Wynikiem  pierwiastkowania  jest  liczba  nieujemna.  Liczbę  tą 
zmniejszamy o 2. Zatem f(Df) = [-2, +

). 

Wykres  funkcji:  W  pierwszej  kolejności  szkicujemy  wykres  funkcji  bazowej 

𝑦 =  𝑥. 

Następnie przesuwamy go o wartość –1 w poziomie (o 1 w lewo), uzyskując szkic wykresu 
 𝑦 =  𝑥 + 1. W kolejnym kroku przesuwamy ten ostatni wykres o wartość –2 w pionie (o 2 
w dół), uzyskując ostateczny szkic zadanego wykresu funkcji 

𝑦 =  𝑥 + 1 − 2. 

background image

 

Stro

na

 

 

Przykład: 

Wyznacz dziedzinę i przeciwdziedzinę (zbiór wartości) funkcji 

𝑦 =

 𝑥

2

−1

ln(𝑥−1)

Rozwiązanie: 

Dziedzina  funkcji:  Analizując  możliwość  wykonalności  poszczególnych  operacji 
zauważamy, że: 

1.  Aby móc pierwiastkować zakładamy, że 

𝑥

2

− 1 ≥ 0. 

2.  Aby  móc  logarytmować,  argument  funkcji  logarytmicznej  musi  być  liczbą  dodatnią, 

czyli 

𝑥 − 1 > 0. 

3.  Aby  wykonalne było dzielenie,  musimy założyć, że  mianownik ułamka  nie jest zerem, 

czyli 

ln(𝑥 − 1) ≠ 0 

Zatem, dziedziną funkcji jest zbiór opisany następującymi warunkami: 

 

Df = {x

Rx

2

–1 

 0 i x–1 > 0 i ln(x–1)

0} 

W  kolejnym  kroku  rozpiszemy  podane  wyżej  warunki  i  zapiszemy  dziedzinę  w  postaci 
przedziału liczbowego (sumy przedziałów). 

A)  Warunek 

1  zapisać  można  w  postaci  iloczynowej  (x–1)(x+1) 

 0, 

czyli 

x

(–

, –1]

[1, +

B)  Warunek 2 zapiszemy w postaci x>1, czyli x

(1, +

C)  Warunek 3 zapiszemy w postaci ln(x–1)

ln(1), czyli x–1

1, zatem x

2. Inaczej mówiąc 

x

R–{2}. 

Tak wyznaczone zbiory zinterpretujemy na osi liczbowej i wyznaczymy ich część wspólną: 

background image

 

Stro

na

 

-1 

 

Częścią  wspólną  zbiorów  jest,  jak  wynika  z  rysunku,  przedział  (1,  +

)  –  {2)  lub  inaczej 

zapisując (1, 2) 

 (2, +

Przeciwdziedzina  funkcji  oraz  wykres  funkcji:  Zagadnienia  te,  dla  tego  przykładu, 
wykraczają  poza  materiał  (wymagałyby  zastosowania  metod  analizy  przebiegu  zmienności 
funkcji), zatem zostaną pominięte. Jednakże, gdybyśmy naszkicowali wykres tej funkcji (np. 
za pomocą kalkulatora  graficznego czy specjalnego programu  komputerowego), z  wykresu 
tego odczytalibyśmy zbiór wartości funkcji. 

 

 

Z  powyższego  wykresu  wynika,  iż  funkcja  może  przyjmować  wartości  z  zakresu  (w 
przybliżeniu) od –

 do 0 lub od około 3,5 do +

 

1.2 

Własności funkcji 

Funkcja parzysta 

Funkcja nieparzysta 

Funkcja malejąca 

Funkcja rosnąca 

Funkcja stała 

Funkcja niemalejąca 

background image

 

Stro

na

Funkcja nierosnąca 

Złożenie (superpozycja) funkcji 

1.3 

Funkcja różnowartościowa 

D

EFINICJA 

(

FUNKCJA RÓŻNOWARTOŚCIOWA

Niech X

Df. Funkcję f nazywamy 

różnowartościową na zbiorze X

 

)

(

)

(

,

2

1

2

1

2

1

x

f

x

f

x

x

X

x

x

df

 

Przykłady: 

 

Funkcja określona wzorem y = x

3

 jest różnowartościowa na swojej dziedzinie. 

 

Funkcja  określona  wzorem  y = x

2

  nie  jest  różnowartościowa  na  swojej  dziedzinie,  o 

czym świadczy przykład x

= –1, x

= +1, x

1

x

2

, ale f(-1)=f(1), albowiem (–1)

2

 = (+1)

2

 

Funkcja określona wzorem y = x

2

 jest różnowartościowa na zbiorze R

+

Interpretując  geometrycznie  różnowartościowość  funkcji  możemy  zauważyć,  iż  dla  takiej 
funkcji  żadna  przeprowadzona  pozioma  linia  nie  przetnie  wykresu  funkcji  w  więcej  niż 
jednym punkcie. 

Funkcja malejąca (rosnąca) jest różnowartościowa. 

Przykład: 

Sprawdź, czy funkcja 

𝑓 𝑥  =

𝑥

1−𝑥

 jest różnowartościowa na swojej dziedzinie. 

Rozwiązanie: 

Dziedziną  funkcji  f  jest  zbiór  R–{1}.  Weźmy  dwa  dowolne,  ale  różne  argumenty  x

1

  i  x

2

Sprawdźmy, czy f(x

1

)

f(x

2

), lub równoważnie, czy f(x

1

) – f(x

2

 0. 







0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

)

(

)

(

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

1

2

1

1

2

2

1

2

2

1

1

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

x

f

 

Ostatnie wyrażenie jest niezerowe, ponieważ założyliśmy, że x

1

x

2

, więc x

1

x

2

0. 

 

Przykład: 

Sprawdź, czy funkcja 

𝑓 𝑥  =

𝑥

1−𝑥

2

 jest różnowartościowa na swojej dziedzinie. 

Rozwiązanie: 

Dziedziną funkcji f jest zbiór R–{–1, 1}. Weźmy dwa dowolne, ale różne argumenty x

1

 i x

2

Sprawdźmy, czy f(x

1

 f(x

2

), lub równoważnie, czy f(x

1

) – f(x

2

 0. 

background image

 

Stro

na

 









2

2

2

1

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

2

1

2

2

1

2

2

2

1

1

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

2

2

2

1

1

2

1

1

1

)

1

)(

(

1

1

)

(

1

1

1

1

1

1

1

1

)

(

)

(

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

x

f

 

Analizując  ostatnie  wyrażenie  nie  jesteśmy  w  stanie  odpowiedzieć,  że  jest  ono  zawsze 
niezerowe  (dla  różnych  x

1

  i  x

2

).  Przykładowo,  niech  x

1

=½  zaś  x

2

=-2.  Są  to  dwa  różne 

argumenty  należące  do  dziedziny,  ale  różnica  wartości  funkcji  dla  tych  argumentów 
f(½) – f(-2) będzie równa zero: 





 





0

)

2

(

1

)

(

1

0

)

2

(

)

2

(

1

)

(

1

1

1

)

2

(

)

2

(

1

)

(

1

)

2

(

1

)

2

(

)

2

(

)

(

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

f

f

 

Zatem  funkcja 

𝑓 𝑥  =

𝑥

1−𝑥

2

 nie  jest  różnowartościowa  na  swojej  dziedzinie.  Natomiast 

funkcja ta jest różnowartościowa np. na zbiorze liczb nieujemnych [0, +

) – {1}. 

 

1.4 

Funkcja odwrotna 

D

EFINICJA 

(

FUNKCJA IDENTYCZNOŚCIOWA

Funkcję id opisaną wzorem id(x) = x (lub y = x) nazywamy 

identycznościową

.  

Funkcja identycznościowa jest elementem neutralnym dla operacji złożenia funkcji, bowiem 
dla dowolnej funkcji f spełnione są zależności: 

f

f

id

f

id

f

 

D

EFINICJA 

(

FUNKCJA ODWROTNA

Niech dana będzie funkcja f. Funkcją odwrotną 

𝑓

−1

 do danej funkcji f jest taka funkcja, 

która spełnia warunki: 



id

f

f

id

f

f

1

1

 

Uwaga:  Znak  „–1”  występujący  w  symbolu  funkcji  odwrotnej  jest  umowny  i  nie  oznacza 
ujemnej potęgi. 

Przykłady: 

 

Funkcje 

𝑓 𝑥  = 𝑥

2

  i 

𝑓

−1

 𝑥  =  𝑥  są  funkcjami  wzajemnie  odwrotnymi  dla 

nieujemnych argumentów. 

background image

 

Stro

na

 

Funkcje 

𝑓 𝑥  = 𝑥

2

  i 

𝑓

−1

 𝑥  = − 𝑥  są  funkcjami  wzajemnie  odwrotnymi  dla 

niedodatnich argumentów. 

 

Funkcje 

𝑓 𝑥  = 𝑒

𝑥

  i 

𝑓

−1

 𝑥  = ln 𝑥  są  funkcjami  wzajemnie  odwrotnymi  w  swych 

dziedzinach. 

T

WIERDZENIE 

(

WKW ISTNIENIA FUNKCJI ODWROTNEJ

Warunkiem koniecznym i wystarczającym istnienia funkcji odwrotnej do danej funkcji f 
jest różnowartościowość funkcji  f

Przykład: 

Wyznacz funkcję odwrotną (o ile można to zrobić) do funkcji 

𝑓 𝑥  =

𝑥

2−𝑥

Rozwiązanie: 

1) Wyznaczamy dziedzinę funkcji: Df=R–{2} 

2) Wyznaczamy przeciwdziedzinę funkcji f(Df)=R–{-1} 

3) Sprawdzamy, czy  funkcja  f jest różnowartościowa  w dziedzinie (w podobny sposób, jak 
zostało to sprawdzone w przykładzie z rozdziału o różnowartościowości) 

4) Wyznaczamy funkcję odwrotną wyliczając ze wzoru x

y

y

x

y

x

y

yx

x

y

x

yx

y

x

x

y

x

x

y

1

2

);

1

(

2

;

2

;

2

;

)

2

(

;

2

 

Definiujemy funkcję odwrotną zamieniając między sobą symbole x

y

𝑦 =

2𝑥

1+𝑥

 

Zatem funkcje 

𝑓 𝑥  =

𝑥

2−𝑥

 oraz 

𝑓

−1

 𝑥  =

2𝑥

1+𝑥

 są funkcjami wzajemnie odwrotnymi. 

Sprawdzenie: 

)

(

2

2

2

2

2

2

1

2

)

1

(

2

1

2

1

2

2

1

2

1

2

)

(

2

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

)

(

1

1

1

1

x

id

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

f

f

x

id

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

x

f

f

f

f

 

 

Graficzną  metodą  wyznaczenia  funkcji  odwrotnej  jest  odbicie  wykresu  funkcji  danej 
względem  przekątnej  układu  współrzędnych  (funkcji  id(x)).  Na  poniższym  wykresie 
przedstawiono wzajemne relacje funkcji 

𝑓 𝑥  = 𝑒

𝑥

 oraz 

𝑓

−1

 𝑥  = ln 𝑥. 

background image

 

Stro

na

 

Na  kolejnym  wykresie  przedstawiono  wzajemnie  odwrotne  funkcje 

𝑓 𝑥  =

𝑥

2−𝑥

  oraz 

 𝑓

−1

 𝑥  =

2𝑥

1+𝑥

 

 

 

1.5 

Funkcje elementarne 

1.5.1  Funkcja liniowa 

Bez komentarza 

background image

 

Stro

na

1.5.2  Funkcja kwadratowa 

 

1.5.3 

Funkcja potęgowa 

 

 

 

 

background image

 

Stro

na

1.5.4 

Funkcja wykładnicza 

 

1.5.5  Funkcja logarytmiczna