|
|
|
|
|
1. Funkcja.
2. Funkcja liniowa.
3. Funcja kwadratowa.
4. Funkca wykładnicza.
5. Funkcja homograficzna.
6. Funkcje trygonometryczne.
7. Wielomiany.
Ad.1
FUNKCJA, operacja, przekształcenie - jedno z najważniejszych pojęć matematyki.
Początkowo funkcję rozumiano jako przyporządkowanie elementom jednego zbioru X elementów drugiego zbioru Y tak, że każdemu elementowi x∈X odpowiada dokładnie jedna wartość y∈Y.
Przedstawiony
termin funkcji oznacza tylko takie przyporządkowanie, w którym zbiór
argumentów i wartości były zbiorami liczbowymi. Istniało jednak wiele
własności analitycznych funkcji, takich jak ciągłość, różniczkowalność
itp., których to powyższa definicja nie "przewidywała". Wg tej
definicji funkcję można było opisać przy pomocy tabelki wartości
funkcji. Jednakże w matematyce istnieją funkcje, których nie można tak
opisać. W związku z czym powstała konieczność sformułowania ogólnej,
precyzyjnej definicji funkcji. Taką definicję podano na gruncie teorii
mnogości.
Przez funkcję f odwzorowującą zbiór X w zbiorze Y rozumie się dowolny zbiór par uporządkowanych (x, y), gdzie x∈X i y∈Y (czyli relację X x Y) taki, że dla każdego elementu x∈X istnieje dokładnie jeden y∈Y, oznaczony symbolem f(x) taki, że (x, y)∈f.
Zbiór X nazywa się dziedziną funkcji f lub zbiorem argumentów funkcji f, oznacza się go przez D. Zbiór Y nazywa się przeciwdziedziną funkcji f. Zbiór Y0 zawierający się w Y złożony z tych elementów y∈Y, dla którego istnieje x∈X takie, że y=f(x), nazywa się zbiorem wartości funkcji. Zbiór wartości nie musi być identyczny z całą przeciwdziedziną.
Funkcję można przedstawić na kilka różnych sposobów:
1. Określając dziedzinę i podając wzór przyporządkowujący argumentom wartości funkcji, np. x∈R, f(x)=2x2+3x-4
2. W przypadku gdy dziedzina zawiera tylko skończoną liczbę argumentów
- za pomocą tabelki, np. zestawienie zużycia energii elektrycznej w
danym miesiącu.
3. Za pomocą wzoru niejednolitego, np.

4. Za pomocą omówienia słownego.
Aby daną funkcję podaną w postaci wzoru algebraicznego przedstawić przy
pomocy ilustracji graficznej, należy zbadać przebieg zmienności
funkcji:
1. Wyznaczyć dziedzinę funkcji.
2. Określić przedziały ciągłości.
3. Wyznaczyć miejsca zerowe i przecięcia z osią Y.
4. Sprawdzić czy funkcja jest: parzysta, nieparzysta lub okresowa.
5. Obliczyć granice na końcach przedziałów.
6. Wyznaczyć jeśli istnieją asymptoty.
7. Przy pomocy pierwszej pochodnej wyznaczyć ekstrema i zbadać monotoniczność funkcji.
8. Przy pomocy drugiej pochodnej zbadać przegięcia funkcji.
Ad.2
FUNKCJA LINIOWA jest to funkcja typu f(x)=ax+b gdzie a jest współczynnikiem kierunkowym funkcji, natomiast b jest wyrazem wolnym.
Wykresem funkcji liniowej jest prosta. Współczynnik kierunkowy funkcji
jest równy tangensowi kąta nachylenia się wykresu funkcji do osi
odciętych X (a=tgα). Natomiast wyraz wolny b jest to miejsce przecięcia
się funkcji z osią Y. Miejsce zerowe funkcji liniowej wylicza się ze wzoru x0=-b/a. Wartość współczynnika kierunkowego można podzielić na trzy grupy:
1. Współczynnik a<0 - wtedy funkcja jest malejąca.
2. Współczynnik a=0 - wtedy funkcja nosi nazwę funkcji stałej i nie jest zależna od argumentów x.
3. Współczynnik a>0 - wtedy funkcja jest rosnąca.
Ponadto, gdy współczynnik kierunkowy jest liczbą z przedziału a∈(-1; 0)
i a∈(0; 1) to funkcja jest bardziej nachylona do osi X niż w przypadku
liczb a<-1 i a>1.
Ad.3
FUNKCJA KWADRATOWA (zwana trójmianem kwadratowym), jest to funkcja typu f(x)=a*x2+b*x+c - postać ogólna funkcji kwadratowej. Współczynniki a, b i c są konkretnymi liczbami, przy czym a<>0 (gdy jest równe zero to mamy funkcję liniową). Wykresem funkcji kwadratowej jest parabola.
Natomiast dziedziną są wszystkie liczby rzeczywiste. Aby obliczyć
miejsca zerowa funkcji kwadratowej należy obliczyć najpierw tzw. wyróżnik funkcji kwadratowej oznaczany symbolem D (delta). Wyróżnik ten wyraża się wzorem D=b2-4*a*c. Teraz w zależności od znaku delty mamy konkretną liczbę pierwiastków (miejsc zerowych), mianowicie: - gdy D>0 (delta jest dodatnia) - są dwa miejsca zerowe wyrażone wzorami:
- gdy D=0 (delta jest równa zero) - jest jedno miejsce zerowe wyrażone wzorem:
- gdy D<0 (delta jest ujemna) - nie ma rozwiązań (brak miejsc zerowych).
Istnieją trzy postacie funkcji kwadratowej: - postać ogólna - f(x)=a*x2+b*x+c
- postać kanoniczna - f(x)=a*(x-p)2+q gdzie p=-b/(2*a) i q=-D/(4*a) - w tej postaci mamy jawnie podane współrzędne wierzchołka paraboli W(p,q)
- postać iloczynowa - f(x)=a*(x-x1)*(x-x2) - w tej postaci mamy jawnie podane miejsca zerowe funkcji kwadratowej; gdy funkcja kwadratowa nie ma miejsc zerowych (D<0) to nie istnieje postać iloczynowa
Od współczynnika a zależy w którą stronę skierowane są ramiona paraboli: - a>0 (dodatnie) - ramiona skierowane w górę, wierzchołek jest minimum funkcji.
- a<0 (ujemne) - ramiona skierowane w dół, wierzchołek jest maksimum funkcji.
Gdy funkcja kwadratowa posiada dwa pierwiastki x1 i x2 to prawdziwe są następujące wzory Viete'a:
- Suma pierwiastków - x1+x2=-b/a
- Iloczyn pierwiastków - x1*x2=c/a
Wykresy funkcji kwadratowej w zależności od parametru a i wyróżnika D:

Ad.4
FUNKCJA WYKŁADNICZA, określona jest wzorem f(x)=ax. Dziedziną funkcji wykładniczej jest zbiór wszystkich liczb rzeczywistych. Określona liczba a zwana podstawą funkcji wykładniczej jest liczbą dodatnią (a>0). Przeciwdziedzina (wartości funkcji) zawiera się w zbiorze liczb rzeczywistych dodatnich.
Wartość podstawy funkcji wykładniczej można podzielić na trzy przedziały: - 0<a<1 - funkcja jest malejąca.
- a=1 - funkcja jest stała.
- a>1 - funkcja jest rosnąca.
Charakterystycznym miejscem funkcji wykładniczej jest punkt przecięcia
się funkcji z osię OY. Wartość funkcji w tym punkcie niezależnie od
liczby a wynosi f(x)=1. Funkcja wykładnicza określona wzorem f(x)=ax nie ma miejsc zerowych, natomiast z teorii granic wiemy, że: gdy a>1 to granicą funkcji w minus nieskończoności jest zero, gdy 0<a<1 to granicą funkcji w nieskończoności jest zero.
Wśród nieskończenie dużej ilości funkcji wykładniczych o różnych podstawach istnieje jedna bardzo ciekawa funkcja o podstawie e (liczba Nepera; e=2,718281828...), jest to funkcja f(x)=ex - nazywana funkcją eksponencjalną. Cóż ona ma takiego ciekawego, a no to, że pochodna tej funkcji jest nią samą (f'(x)=f(x)), a także styczna do funkcji w punkcie (0;1) jest nachylona do osi OX pod kątem 45o.
Z definicji logarytmu wiemy, że:
logax=y <=> ay=x.
Wobec czego można dojść do wniosku, że funkcja logarytmiczna jest
odwrotnością wykładniczej. Po narysowaniu na jednym wykresie funkcji wykładniczej f(x)=ax i logarytmicznej f(x)=logax widać, że osią symetrii jest prosta (funkcja liniowa) o równaniu f(x)=x.
Ad.5
FUNKCJA HOMOGRAFICZNA jest funkcją wymierną, mającą postać
Liczby a, b, c i d są ustalone, przy czym liczba c<>0. Dlaczego liczba c
musi być różna od zera - ponieważ jak by była równa zeru to mianownik
byłby liczbą stałą i dany iloraz byłby tylko funkcją liniową. Jest
jeszcze jedna własność, którą muszą spełniać te liczby, a mianowicie
tzw. wyznacznik D=a*d-b*c<>0.
Chodzi o to, aby licznik i mianownik nie miały w sobie takiej samej
funkcji liniowej, co po skróceniu dałoby funkcję stałą. Dziedziną
funkcji homograficznej jest zbiór wszystkich miczb rzeczywistych oprócz
liczby będącej miejscem zerowym mianownika (DÎR\{-d/c}). Natomiast przeciwdziedziną jest zbiór DÎR\{a/c}. Miejscem zerowym tej funkcji jest x0=-b/a. Jeżeli liczba b jest równa zeru, to funkcja nie ma miejsca zerowego. Wykresem funkcji homograficznej jest hiperbola.
Hiperbola ma dwie asymptoty (poziomą i pionową). Asymptota pozioma jest funkcją stałą wyrażoną wzorem f(x)=a/c, natomiast asymptota pionowa jest zależna od dziedziny (argument nie należący do dziedziny) i ma postać x=-d/c.
Funkcja homograficzna może być na całej swojej długości (poza punktem
x=-d/c - asymptotą pionową) malejąca lub rosnąca. Przy określaniu tego
faktu korzysta się ze znaku wyznacznika D: - Jeśli D>0 - funkcja jest rosnąca.
- Jeśli D<0 - funkcja jest malejąca.
Najbardziej podstawową funkcją homograficzną jest funkcja o równaniu
Funkcja ta wygląda następująco:
Ad.6
FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE, są to funkcje sinus (sin), cosinus (cos), tangens (tg) i cotangens (ctg).
Funkcja sinus jest funkcją określoną w całej dziedzinie, okresową - okres tej funkcji wynosi 2p. Przyjmuje wartości od -1 do +1. Wykresem funkcji sinus jest krzywa zwana sinusoidą
Funkcja cosinus jest funkcją określoną w całej dziedzinie, okresową - okres tej funkcji wynosi 2p. Jest przesunięta względem funkcji sinus o kąt p/2 (cos(x)=sin(x+p/2)). Przyjmuje wartości od -1 do +1. Wykresem funkcji cosinus jest krzywa zwana cosinusoidą
Funkcja tangens jest funkcją nieokreśloną w punktach p/2+kp, okresową - okres tej funkcji wynosi p. Przyjmuje wszystkie wartości ze zbioru liczb rzeczywistych. Wykresem funkcji tangens jest krzywa zwana tangensoidą
Funkcja cotangens jest funkcją nieokreśloną w punktach kp, okresową - okres tej funkcji wynosi p.
Przyjmuje wszystkie wartości ze zbioru liczb rzeczywistych. Jest
odwrotnością funkcji tangens - ctg(x)=1/tg(x). Wykresem funkcji
cotangens jest krzywa zwana cotangensoidą
Ad.7
WIELOMIANY:
1.Definicja wilomianu - Wilomian jest to funkcja w postaci:
W(x)=anxn+an-1xn-1+...+a2x2+a1x1+a0x0
akxk - wyraz stopnia k; ak - współczynnik wyrazu stopnia k; a0x0 = a0 - wyraz wolny; n- stopień W(x)
W(x) = 6x5 - 2x4 + 3x2 - x + 7 gdzie: -2x4 -
wyraz 4 - stopnia; 3 - współczynnik przy x2; 7 - wyraz wolny
W(x) = 6x5 - 2x4 + 0x3 + 3x2 - x + 7 wielomian uzupełniony do pełnego; 5 -
stopień wielomianu
2. Równania wielomianowe
Równanie wielomianowe otrzymujemy przyrównując wielomiany do zera.
W(x) = 2x3 - 3x2 + 3x - 2 = 0
3. System twierdzeń o miejscach zerowych:
I Twierdzenie o ilości pierwiastków (rozwiązań) równania wielomianowego.
n - parzyste ;W(x) stopnia parzystego może mieć od 0 do n pierwiastków
n - nieparzyste; W(x) stopnia nieparzystego może mieć od 1 do n pierwiastków
II Twierdzenie o rozkładzie wielomianu na czynniki.
Każdy wielomian można rozłożyć na funkcje liniowe i kwadratowe.
W(x) da się rozłożyć na czynniki stopnia pierwszego i drugiego.
Nie znaleziono ogólnej metody na dokonywanie powyższego rozkładu.
4. Metody rozkładania wielomianu na czyniki.
a) Gdy a0 = 0 to wyłanczamy x przed nawias:
2x3 - 4x2 - x = 0 → x(2x2 - 4x - 1) = 0 ⇔ x = 0 ∨ 2x2 -
4x - 1 = 0
b) Gdy współczynniki są odpowiednio dobrane, rozkładamy przez podwójne wyłączanie przed nawias.
x3 + 3x2 - 4x - 12 = 0
x2(x+3) - 4(x+3) = 0
(x+3)(x2 - 4 x) = 0 ⇔x + 3 = 0 ∨ x2 - 4x=0
c) Rozkład poprzez dziedzlenie. Umożliwia to następujący system twierdzeń.
III Twierdzenie o pierwiastkach całkowitych wielomianu.
Jeżeli wielomian ma pierwiastek całkowity to musi on dzielić wyraz wolny.
x3 - 9x2 + 15x - 7 = 0 jeżeli x0 ∈ C ⇒ x0 | 7 czyli
x0∈{±1,±7}
Spr. W(1) = 1 - 9 + 15 - 7 = 16 - 16 = 0
Suma współczynników wielomianu jest równa W(1)
W1 = suma ai = a0 + a1 +...+ an
IV Twierdzenie o pierwiastkach wymiernych
x0 ∈ W ⇒ x0 = n/m ∧ n | a0 ∧ m |
an
2x3 - 5x2 - 4x + 3 = 0
x0 ∈ W => x0 = n/m ∧ n | 3 ∧ m | 2 => x0 ∈ {±&u1-2;;±1&u1-2;}
V Twierdzenie o podziale wielomianów - Tw.Bezou
W(x0) = 0 ⇔ (x-x0) | W(x)
x0 jest pierwiastkiem wielomianu ⇔ gdy wielomian jest podzielny przez
(x-x0)
W(x) = 2x3 - 5x -4x + 3; x0 ∈ { ±1;±3}-III Tw.
W(3) = 2*27 - 5*9 - 12 + 3 = 54 - 45 -12 + 3 = 57 - 57 = 0
dzielnik W(x) to (x-3), po przeprowadzeniu dzielenia wynik jest równy 2x2 + x - 1
W(x) = (x - 3)*(2x2 + x -1) = 0 ⇔ (x-3) = 0 ∨ (2x2+ x - 1) = 0
5.NIerówności wielomianowe
a) Aby rozwiązać nierówność W(x)≥ 0 rozwiązujemy najpierw równanie:
W(x) = 0
b) Rozkładamy zatem wielomiany na czynniki liniowe i kwadratowe W(x) = W1 * W2...
Znajdujemy wszystkie miejsca zerowe, zwracając uwagę na krotność pierwiastków.
W(x) = (x-2)(x-2)(x2 + 5) x0=2 pierwiastek dwukrotny
c) szkicujemy wykres wielomianu

Jest to wykres typu "fala" zależy od stopnia wielomianu.
Przy szkicowaniu bierzemy pod uwagę znak przy najwyższej potędze "x", wykres szkicujemy od prawej
strony.
W miejscach zerowych o nieparzystej krotność wielomian zmienia znak!
Niech W(x) = (x-1)(x-2)(x-2)
(zmienia znak i przecina oś)
natomiast w miejscu zerowym o parzystej krotności wielomian nie zmienia znaku.

(nie zmienia znaku, dotyka osi - odbija się od osi)
d) zaznaczamy znaki na wykresie.
- znaki robimy między wykresem a osią X.
- odczytujemy potrzebne przedziały w których wielomian przybiera odpowiedajace nierówności wartości.
|
|
|
|
|
|
 |