Omezenost funkce. Definice. (shora, zdola) omezená na množině M D(f ) tuto vlastnost. nazývá se (shora, zdola) omezená tuto vlastnost má množina

Podobné dokumenty
Kapitola 1: Reálné funkce 1/13

Kapitola 1: Reálné funkce 1/13

Kapitola 1: Reálné funkce 1/20

Základy matematiky pro FEK

Bakalářská matematika I

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Matematika I (KMI/PMATE)

0.1 Funkce a její vlastnosti

Matematika (KMI/PMATE)

0.1 Úvod do matematické analýzy

REÁLNÁ FUNKCE JEDNÉ PROMĚNNÉ

Text může být postupně upravován a doplňován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na stažení souboru. Veronika Sobotíková

Poznámka. Je-li f zobrazení, ve kterém potřebujeme zdůraznit proměnnou, píšeme f(x) (resp. f(y), resp. f(t)) je zobrazení místo f je zobrazení.

FUNKCE POJEM, VLASTNOSTI, GRAF

Organizace. Zápočet: test týden semestru (pátek) bodů souhrnný test (1 pokus) Zkouška: písemná část ( 50 bodů), ústní část

Přednáška 1: Reálná funkce jedné reálné proměnné

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

Funkce a základní pojmy popisující jejich chování

1 LIMITA FUNKCE Definice funkce. Pravidlo f, které každému x z množiny D přiřazuje právě jedno y z množiny H se nazývá funkce proměnné x.

x (D(f) D(g)) : (f + g)(x) = f(x) + g(x), (2) rozdíl funkcí f g znamená: x (D(f) D(g)) : (f g)(x) = f(x) g(x), (3) součin funkcí f.

2. FUNKCE JEDNÉ PROMĚNNÉ

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

7. Funkce jedné reálné proměnné, základní pojmy

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

Matematická analýza pro informatiky I.

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

Funkce, elementární funkce.

h = 0, obr. 7. Definice Funkce f je ohraničená shora, jestliže x Df Funkce f je ohraničená zdola, jestliže x Df d R

Funkce základní pojmy a vlastnosti

FUNKCE A JEJICH VLASTNOSTI

Číselné posloupnosti

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

(FAPPZ) Petr Gurka aktualizováno 12. října Přehled některých elementárních funkcí

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Úvod, základní pojmy, funkce

2 Reálné funkce jedné reálné proměnné

Derivace a monotónnost funkce

1 Množiny, výroky a číselné obory

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Limita posloupnosti a funkce

Vypracoval: Mgr. Lukáš Bičík TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Přehled funkcí. Funkce na množině D R je předpis, který každému číslu z množiny D přiřazuje právě jedno reálné číslo. přehled fcí.

Diferenciál funkce. L Hospitalovo pravidlo. 22. a 23. března 2011

Matematika 2 Úvod ZS09. KMA, PřF UP Olomouc. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MA2AA ZS09 1 / 25

MATEMATIKA I. prof. RNDr. Gejza Dohnal, CSc. II. Základy matematické analýzy

KMA/MA2AA. Matematika 2

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Funkce - pro třídu 1EB

Matematická analýza 1

funkce konstantní (y = c); funkce mocninné (y = x r pro libovolné r R, patří sem tedy i

Matematika 1 Jiˇr ı Fiˇser 19. z aˇr ı 2016 Jiˇr ı Fiˇser (KMA, PˇrF UP Olomouc) KMA MAT1 19. z aˇr ı / 19

Matematická analýza pro informatiky I. Derivace funkce

Funkce. Vlastnosti funkcí

P ˇ REDNÁŠKA 3 FUNKCE

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

goniometrickém tvaru z 1 = z 1 (cosα 1 +isinα 1 ), z 2 = z 2 (cosα 2 +isinα 2 ) Jejich součin = z 1 ( z 2 z 2 Jejich podíl: n-tá mocnina:

Požadavky k ústní části zkoušky Matematická analýza 1 ZS 2014/15

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Funkce a lineární funkce pro studijní obory

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Množiny, číselné obory, funkce MA I (M1101) 1 / 125

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

Úvod, základní pojmy, funkce

y = 1/(x 3) - 1 x D(f) = R D(f) = R\{3} D(f) = R H(f) = ( ; 2 H(f) = R\{ 1} H(f) = R +

Derivace funkce Otázky

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

Matematika 2 Průběh funkce

Limita a spojitost funkce a zobrazení jedné reálné proměnné

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

Derivace funkce DERIVACE A SPOJITOST DERIVACE A KONSTRUKCE FUNKCÍ. Aritmetické operace

7. Funkce jedné reálné proměnné, základní pojmy

Očekávaný výstup Pracovní list se skládá ze dvou částí teoretické, kde si žák připomene vlastnosti funkcí a praktické, kde tyto funkce určuje.

(Zavedení pojmu funkce, vlastnosti. Repetitorium z matematiky

Číselné množiny. Přirozená čísla (N) Množina všech přirozených čísel N={1,2,3 } Celá čísla (Z) Množina všech celých čísel Z={,-3,-2,-1,0,1,2,3, }

množinu definujeme axiomaticky: nesnažíme se ji zkonstruovat (dokonce se ani nezabýváme otázkou,

7.1 Extrémy a monotonie

Matematická analýza pro informatiky I. Spojitost funkce

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Matematická funkce. Kartézský součin. Zobrazení. Uspořádanou dvojici prvků x, y označujeme [x, y] Uspořádané dvojice jsou si rovny, pokud platí:

Matematická analýza 1. Doc. RNDr. Jaroslav Hančl, CSc. Mgr. Jan Šustek

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

CZ.1.07/1.5.00/

Matematika 1 pro PEF PaE

Matematická analýza III.

Exponenciální a logaritmická funkce

1 Základní pojmy. 1.1 Množiny

Spojitost a limita funkce

1 Topologie roviny a prostoru

MATEMATIKA. Robert Mařík Ústav matematiky, LDF, MZLU 5. patro, budova B marik@mendelu.cz user.mendelu.cz/marik

Aplikovaná matematika I, NMAF071

Funkce pro studijní obory

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Proseminář z matematiky pro fyziky

Transkript:

Přednáška č. 5 Vlastnosti funkcí Jiří Fišer 22. října 2007 Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 1 / 1

Omezenost funkce Definice Funkce f se nazývá (shora, zdola) omezená na množině M D(f ) tuto vlastnost má množina f (M); nazývá se (shora, zdola) omezená tuto vlastnost má množina H(f ). Příklady Funkce y = x 2 je omezená zdola, není omezená shora a není omezená, ale na množině 10, 10 je omezená. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 2 / 1

Omezenost funkce f omezená na M K, L R : f (M) K, L. f omezená omezená na každé množině M D(f ). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 3 / 1

Omezenost funkce Supremum množiny f (M) nazýváme supremum funkce na množině M a označujeme sup f (x); x M podobně inf f (x). x M Má-li množina f (M) největší prvek, pak toto číslo nazýváme největší hodnota funkce f na množině M nebo též globální (absolutní ) maximum funkce f na množině M; značí se max f (x), x M podobně min f (x). x M Pokud M = D(f ), pak označení x M vynecháváme. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 4 / 1

Monotónnost Definice Funkce f se nazývá rostoucí (klesající, neklesající, nerostoucí) na množině M D(f ) x 1, x 2 M platí: x 1 < x 2 f (x 1 ) < f (x 2 ) (rostoucí) M+RM f (x 1 ) > f (x 2 ) (klesající) M+RM f (x 1 ) f (x 2 ) (neklesající) M f (x 1 ) f (x 2 ) (nerostoucí) M Funkci f rostoucí na D(f ) nazýváme rostoucí (tj. neuvádíme, kde je rostoucí), podobně funkce klesající, neklesající, nerostoucí. Pro funkce rostoucí a funkce klesající používáme souhrnný název funkce ryze monotónní; souhrnný název pro všechny čtyři uvedené druhy funkcí je funkce monotónní. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 5 / 1

Monotónnost Příklad Funkce y = 1 x je klesající na intervalu (, 0) a je klesající i na intervalu (0, + ), ale není klesající (tj. není klesající na D(f ) ). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 6 / 1

Monotónnost v bodě Monotónnost na množině globální vlastnost funkce, monotónnost v bodě vlastnost lokální. Definice Funkce f se nazývá rostoucí v bodě x 0 D(f ) U(x 0 ) D(f ) tak, že x P(x 0 ) platí f (x) < f (x 0 ) a x P(x 0 +) platí f (x 0 ) < f (x). Podobně definujeme funkci klesající (nerostoucí, neklesající ) v bodě x 0 a dále funkci rostoucí, klesající, nerostoucí a neklesající v bodě x 0 zleva resp. zprava. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 7 / 1

Vztah monotónnosti v bodě a na intervalu Věta Funkce f definovaná na intervalu (a, b) je na tomto intervalu rostoucí (klesající, nerostoucí, neklesající) má takovou vlastnost v každém bodě tohoto intervalu. Princip důkazu pro f rostoucí. 1) f rostoucí na (a, b) = rostoucí v každém bodě x 0 (a, b) 2) f rostoucí v každém bodě x 0 (a, b) = rostoucí na (a, b) Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 8 / 1

Vztah monotónnosti v bodě a na intervalu f rostoucí na (a, b) = rostoucí v každém bodě x 0 (a, b) Necht je f rostoucí na (a, b). Zvolíme libovolný bod x 0 (a, b) a jeho okolí P(x 0 ) (a, b). Je-li x 1 P(x 0 ), x 2 P(x 0 +), je x 1 < x 0 < x 2 a monotónnost v bodě x 0 plyne z monotónnosti na (a, b). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 9 / 1

Vztah monotónnosti v bodě a na intervalu f rostoucí v každém bodě x 0 (a, b) = rostoucí na (a, b) Zvolíme dva body x 1 < x 2 a dokážeme, že f (x 1 ) < f (x 2 ). Pro každé x z jistého P(x 1 +) je f (x 1 ) < f (x ); m = sup(m), M = { x (a; b) : f (x 1 ) < f (x ) } Kdyby m < b, bylo by m M, nebot i v m je f rostoucí a podle 2. vlastnosti suprema P(m ) obsahuje bod x M, tedy f (x 1 ) < f (x ) < f (m). Současně by existovalo pravé okolí P(m+) (a, b) tak, že by pro všechny jeho body x platilo f (x ) > f (m) > f (x 1 ), tj. x M, x > m a to je spor s 1. vlastností suprema. Proto m = b, takže x 2 M a f (x 1 ) < f (x 2 ). Například funkce y = sgn x je rostoucí v bodě 0. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 10 / 1

Parita Definice Funkce f se nazývá sudá (lichá) x R platí x D(f ) x D(f ) f ( x) = f (x) (f ( x) = f (x)). Příklad sudé funkce: y = cos x, příklad liché funkce: y = sin x. Úloha Dokažte, že funkce y = 3x 2 5, y = x a Dirichletova funkce χ jsou sudé a že y = 2x 3 + x, y = x x a y = sgn x jsou funkce liché. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 11 / 1

Parita Pro polynomické funkce platí: jsou-li v polynomu jen členy se sudými exponenty, je daná funkce sudá, jsou-li zde jen členy s lichými exponenty, je funkce lichá. Kartézský graf sudé funkce je souměrný podle osy y, graf liché funkce je souměrný podle počátku. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 12 / 1

Periodičnost Definice Funkce f se nazývá periodická p R, p 0 tak, že x R platí 1) x D(f ) (x ± p) D(f ), 2) x D(f ) : f (x ± p) = f (x). Číslo p se nazývá perioda funkce f. Je-li p perioda funkce f, je k Z také číslo kp periodou funkce f. Nejmenší kladná perioda p 0, pokud existuje, se nazývá primitivní (též základní ) perioda funkce f. Konstantní funkci zpravidla mezi periodické funkce nepočítáme. Příklady periodických funkcí: y = sin x y = tg x (p 0 = 2π), (p 0 = π). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 13 / 1

Periodičnost Úloha Dokažte, že funkce y = x [x] je periodická s periodou p 0 = 1 a že Dirichletova funkce χ je periodická a periodou je každé racionální číslo různé od nuly; zde p 0 neexistuje. Někdy je užitečné chápat periodičnost jen jednostranně, například periodičnost vpravo, tj. tak, že v definici místo (x ± p) uvažujeme jen (x + p), kde p > 0. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 14 / 1

Operace s funkcemi Rovnost funkcí Částečné uspořádání Zúžení (restrikce) Algebraické operace Skládání funkcí Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 15 / 1

Rovnost funkcí: f = g x, y R : ( (x, y) f (x, y) g ). Obráceně, je-li f g, znamená to, že bud D(f ) D(g) nebo x D(f ) D(g) tak, že f (x ) g(x ). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 16 / 1

Částečné uspořádání: Je-li F množina funkcí a jsou-li všechny funkce definovány na M, definuje se na F částečné uspořádání nerovností f < g. Úloha Definujte nerovnost f < g na M a objasněte její geometrický význam. Například funkce y = x a funkce y = x + 1 nejsou srovnatelné na R, ale na (0, + ) ano. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 17 / 1

Zúžení (restrikce) funkce: Mějme funkci f ; její restrikcí nazveme funkci g takovou, že D(g) D(f ) a na D(g) je g(x) = f (x). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 18 / 1

Algebraické operace: x D(f ) D(g) se definuje (f + g)(x) = f (x) + g(x), (f g)(x) = f (x) g(x), (f g)(x) = f (x) g(x), (f /g)(x) = f (x)/g(x) (pokud g(x) 0. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 19 / 1

Skládání funkcí: Mějme funkce f, ϕ a necht H(ϕ) D(f ). Pak složenou funkci F = f ϕ definujeme takto: (f ϕ)(x) = f [ϕ(x)], přičemž funkci f nazýváme vnější funkce a funkci ϕ funkce vnitřní. - Například ve složené funkci y = sin 2x je vnější funkce y = sin u, vnitřní funkce u = 2x. - Funkce může být složena i vícekrát, například y = e sin(3x+1). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 20 / 1

Skládání funkcí: Složenou funkci můžeme vytvořit substitucí proměnné. Máme-li například funkci y = 1 x a dosadíme x = sin t, dostáváme složenou funkci y = 1 sin t. Zvláštním případem složené funkce je f. Vnější funkce je y = z, vnitřní funkce z = f (x). Úloha Zobrazte funkci y = x 2 2x. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 21 / 1

Funkce prostá Definice Funkce f se nazývá prostá na M D(f ) x 1, x 2 M platí: x 1 x 2 f (x 1 ) f (x 2 ) a nazývá se prostá je prostá na D(f ). Množina M, na níž je funkce prostá, se nazývá jejím oborem prostoty. Například funkce y = x 2 není prostá, ale je prostá třeba na intervalu 0, + ), který je jejím oborem prostoty. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 22 / 1

Funkce prostá Věta (vztah prostoty a ryzí monotónnosti) Je-li funkce ryze monotónní na M, je prostá na M. Důkaz. plyne z toho, že x 1 < x 2 x 1 x 2 a stejně i pro funkční hodnoty plyne z nerovností <, > nerovnost. Obrácený vztah neplatí, existují prosté funkce, které nejsou monotónní, například funkce y = 1 x. Prostota funkce f je základním předpokladem pro to, aby inverzní relace f 1 byla zobrazením a tedy funkcí. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 23 / 1

Funkce inverzní Definice Inverzní zobrazení f 1 k prosté funkci (na M) f nazýváme inverzní funkce. Je-li tedy funkce f prostá, pak k ní existuje funkce inverzní f 1 a platí (x, y) f (y, x) f 1 ; přitom D(f 1 ) = H(f ), H(f 1 ) = D(f ). Je-li f prostá na M, pak inverzní funkce má D(f 1 ) = f (M), H(f 1 ) = M. Na M platí f 1 (f (x)) = x a na f (M) platí f (f 1 (x)) = x. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 24 / 1

Funkce inverzní Geometrický význam: Grafy funkcí f a f 1 jsou souměrně sdružené podle přímky y = x (osy I. a III. kvadrantu). Například funkce f : y = x 2 1 je prostá na M = 0, + ), f (M) = 1, + ). Inverzní funkce f 1 je definována na 1, + ) a platí x = y 2 1 tj. y = x + 1. Pro x 0, + ) je f 1 f (x) = (x 2 1) + 1 = x 2 = x, pro x 1, + ) je f f 1 (x) = ( x + 1 ) 2 1 = x. Funkce a funkce k nim inverzní tvoří dvojice funkcí navzájem inverzních, nebot (f 1 ) 1 = f. Existují i funkce inverzní samy k sobě; graf takové funkce je souměrný podle přímky y = x (například funkce y = 1/x, y = a x, y = x). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 25 / 1

Funkce inverzní Některé vlastnosti funkcí se přenášejí na funkce inverzní. Věta (o monotónnosti inverzní funkce) Je-li funkce f rostoucí (klesající), je funkce f 1 také rostoucí (klesající). Princip důkazu pro f rostoucí: Necht funkce y = f (x) je rostoucí: ( ) (x 1 < x 2 ) = y 1 = f (x 1 ) < y 2 = f (x 2 ).. Je-li y 1 < y 2, pak nemůže platit x 1 > x 2, protože z toho by plynulo y 1 > y 2. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 26 / 1

Rozšíření pojmu funkce Pojem funkce se v matematice používá i v širším pojetí, zejména jako zobrazení z nějaké množiny M do množiny R, C, případně i do jiné množiny. a) Je-li M množina uspořádaných n-tic P = (x 1,..., x n ) reálných čísel, je funkce y = f (P) reálnou funkcí n proměnných. b) Je-li M množina (systém) množin X, pak lze definovat různé množinové funkce; například: * Jsou-li množiny X M konečné, definuje se množinová funkce n, kde n(x ) je počet prvků množiny X. * Jsou-li X křivky resp. rovinné obrazce resp. tělesa, definují se množinové funkce s(x ) (délka křivky) resp. P(X ) (obsah míra rovinného obrazce) resp. V (X ) (objem míra tělesa). Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 27 / 1

Rozšíření pojmu funkce c) Práce s texty. V souvislosti s počítači vznikla větší potřeba práce s texty; množinu všech textů označíme T. Příklady textových konstant: Praha, JAN HUS,. Apostrofy zde uvedené mají úlohu omezovačů, tj, nezapočítávají se do textu. První z uvedených konstant má tedy 5 znaků, druhá konstanta má 7 znaků (také mezera mezi slovy je znak) a třetí konstanta je tzv. prázdný text. Mezera je jedním ze znaků, takže například Praha je jiný text než Praha (tento text má 6 znaků; zde je značka mezery), tedy Praha Praha. Jsou-li x, y textové proměnné na množině T, lze položit (dosadit) například x := Praha, y := Zlín ; pak x < y (tj. Praha < Zlín ), nebot jde o abecední uspořádání. Nejběžnější operací s texty je spojování textů. Má-li například textová proměnná x hodnotu Praha a proměnná z hodnotu 4, pak x + z = Praha 4. Jiří Fišer (KMA, PřF UP Olomouc) KMA MMAN1 Přednáška č. 4 22. října 2007 28 / 1