A függvény a matematikában két halmaz elemei közötti megfelelés - egy szabály, amely szerint az első halmaz minden eleme, amelyet definíciós tartománynak neveznek , a második halmaz egy elemének felel meg, amelyet értéktartománynak neveznek .
A függvény matematikai fogalma egy intuitív elképzelést fejez ki arról, hogy egy mennyiség hogyan határozza meg teljesen egy másik mennyiség értékét. Tehát a változó értéke egyértelműen meghatározza a kifejezés értékét , a hónap értéke pedig az azt követő hónap értékét. Egy funkció "mindennapi" példája: minden ember egyértelműen hozzárendelhető a biológiai apjához.
Hasonlóképpen, egy előre meghatározott algoritmus a bemeneti adatok értékét megadva állítja elő a kimeneti adatok értékét.
A "függvény" kifejezés gyakran numerikus függvényre utal , azaz olyan függvényre, amely egyes számokat másokkal összhangban állít. Ezek a függvények kényelmesen ábrázolhatók grafikonok formájában .
A „funkció” kifejezést (valamivel szűkebb értelemben) Leibniz (1692) használta először . Johann Bernoulli pedig Leibniznek írt levelében ennek a kifejezésnek a maihoz közelebbi jelentést adott [1] [2] .
Kezdetben a függvény fogalma megkülönböztethetetlen volt az analitikus reprezentáció fogalmától. Ezt követően megjelent a függvény definíciója, amelyet Euler (1751), majd Lacroix (1806) adott meg, szinte modern formájában. Végül Lobacsevszkij (1834) és Dirichlet (1837) [3] adta meg a függvény általános meghatározását (modern formájában, de csak numerikus függvényekre) .
A 19. század végére a függvény fogalma túlnőtt a numerikus rendszerek körén. Először a függvény fogalmát kiterjesztették a vektorfüggvényekre , Frege hamarosan bevezette a logikai függvényeket ( 1879 ), majd a halmazelmélet megjelenése után Dedekind ( 1887 ) és Peano ( 1911 ) egy modern univerzális definíciót fogalmazott meg [2] .
A halmazban lévő értékekkel definiált függvényt „szabálynak” nevezzük úgy, hogy a -ból származó minden elem egy benne lévő elemnek felel meg , ráadásul csak egy [4] .
Elfogadott jelölés: , , rövidítve vagy egyszerűen .
Egy gráfot nevezünk , ahol a közvetlen szorzata .
Általánosságban elmondható, hogy a függvény és a gráf fogalma ekvivalens, és mivel ez utóbbi matematikailag szigorúbban definiált, a függvény formális (halmazelméleti szempontból) definíciója a gráfja [4] .
A funkcióhoz :
Megjegyzések:
Több argumentumfüggvény:
Általánosságban elmondható, hogy egy függvény definiálható egy lineáris térben , ebben az esetben több argumentum függvényével van dolgunk.
Ha a halmaz a halmazok derékszögű szorzata , akkor a leképezés (ahol a valós számok halmaza) -hely leképezésnek bizonyul; ebben az esetben a rendezett halmaz elemeit argumentumoknak nevezzük (egy adott -local függvénynek), amelyek mindegyike a saját halmazán fut át:
ahol .Ebben az esetben a jelölés azt jelenti, hogy .
Egy függvény definiálható analitikus kifejezéssel (például egy képlettel). Ebben az esetben az egyenlőség formájában való megfelelésként jelöljük.
Példák:
Egyetlen képlettel megadott függvény:
Darabonként definiált függvény:
Implicit módon meghatározott függvény:
A függvény grafikon segítségével is megadható. Legyen a változók valós függvénye . Ekkor a gráfja a -dimenziós térben lévő pontok halmaza: . Ez a pontkészlet gyakran hiperfelület . Különösen, ha egy függvény grafikonja bizonyos esetekben kétdimenziós térben görbével ábrázolható .
Három vagy több argumentummal rendelkező függvények esetén az ilyen grafikus ábrázolás nem alkalmazható. Azonban még az ilyen függvények esetében is jöhet egy vizuális félgeometrikus ábrázolás (például egy pont negyedik koordinátájának minden értéke hozzárendelhető egy bizonyos színhez a grafikonon, ahogy az összetett függvények grafikonjain történik ).
Egy véges halmaz függvénye értéktáblázattal definiálható - úgy, hogy közvetlenül megadja annak értékét a definíciós tartomány minden eleméhez. Ezt a módszert például logikai függvények meghatározására használják . Valójában ez a módszer a függvény gráfjának is a feladata , ha a függvény gráfját formájú rendezett párok halmazának tekintjük .
Adjunk meg két leképezést úgy, hogy az első értékkészlete a második tartományának részhalmaza legyen. Ekkor az első és a második leképezés egymást követő művelete az első leképezés bármely argumentumára egyedileg illeszkedik a második leképezés tartományából származó elemhez:
Ilyen esetben leképezések összetételének nevezzük , és egy kifejezéssel jelöljük, amely " utána " olvasható. Általában az összetétel nem kommutatív : vagy
Egy függvényt injektívnek (vagy egyszerűen injekciónak ) nevezünk, ha a halmaz bármely két különböző eleme a halmaz különböző (egyenlőtlen) elemeivel is társítva van . Formálisabban egy függvény injektív , ha -ból . Más szóval, injektív, ha .
Egy függvényt szürjektívnek (vagy egyszerűen szürjekciónak ) nevezünk, ha a halmaz minden eleme társítható a halmaz legalább egy eleméhez . Vagyis egy függvény szürjektív , ha .
Az ilyen leképezést set -to -set leképezésnek is nevezik . Ha a szürjektivitás feltétele megsérül, akkor az ilyen leképezést set -to - set leképezésnek nevezzük .
Egy szürjektív és injektív függvényt bijektívnek vagy egy az egyhez ( röviden bijekció ) nevezünk.
Ha a függvény bijekció , akkor létezik , amelyre .
A függvényt ebben az esetben inverzének nevezzük ; ráadásul bijektív is.
Magyarázat:
Mivel ez egy injekció, általában véve egy funkció, a sejtésből következik, hogy a -n adják be . Egy függvény injektív, mert függvény, és szürjektivitása a definíciójából következik.
Általánosságban elmondható, hogy az inverzekkel rendelkező leképezés invertálható . A reverzibilitási tulajdonság két feltétel egyidejű teljesüléséből áll: és .
Legyen adott egy leképezés és egy halmaz, amely a halmaz szigorú részhalmaza
A függvényével azonos értékeket felvevő leképezést a függvény halmazra való korlátozásának (vagy más módon korlátozásának ) nevezzük .
Egy függvény halmazra való korlátozását jelöljük .
Ebben az esetben az eredeti függvényt a függvény halmazra való kiterjesztésének nevezzük .
Az elemhez leképezett elemet az elem (pont) képének (amikor megjelenik ) vagy a pontban megjelenített értéknek nevezzük .
Ha a függvénydefiníciós terület teljes részhalmazát vesszük , akkor ennek a halmaznak az összes elemének képhalmazát, vagyis az űrlap értékterületének (függvény) részhalmazát
,a leképezés alatti halmaz képének nevezzük . Ezt a halmazt néha vagy jelöléssel jelölik .
A függvény teljes tartományának képét a függvény képének, vagy ha a függvény szurjektív , általában a függvény tartományának nevezzük .
És fordítva, figyelembe véve a függvény értéktartományának néhány részhalmazát, figyelembe vehetjük a függvény beállítási területének összes elemének halmazát , amelynek képei a halmazba esnek , vagyis a a nyomtatvány
,amelyet a halmaz ( teljes ) inverz képének nevezünk (leképezéskor ).
Különösen, ha a halmaz egyetlen elemből áll - mondjuk -, akkor a halmaznak egyszerűbb a jelölése .
Legyen és a függvény beállítási tartományának részhalmazai . Ekkor a halmazok képei és a leképezés alatt a következő tulajdonságokkal rendelkeznek:
Az utolsó két tulajdonság tetszőleges számú halmazra általánosítható.
Ha a leképezés invertálható (lásd fent ), akkor a tartomány minden pontjának inverz képe egypontos, tehát invertálható leképezéseknél a metszéspontokra a következő erős tulajdonság érvényesül:
Legyen és a halmaz részhalmazai . Ekkor a halmazok inverz képei és a leképezés alatt a következő két nyilvánvaló tulajdonsággal rendelkeznek:
Ezek a tulajdonságok tetszőleges számú halmazra általánosíthatók.
Legyen akkor adott függvény
A nem növekvő és nem csökkenő függvényeket ( nem szigorúan ) monotonnak , míg a növekvő és csökkenő függvényeket szigorúan monotonnak nevezzük . Egy tetszőleges függvényhez találhatunk monotonitási intervallumokat - a tartomány azon részhalmazai, amelyeken a függvény így vagy úgy (a szigort a legtöbb esetben megegyezés szerint választjuk), monotonok.
Egy függvényt periodikusnak nevezünk periódusosnak, ha az egyenlőség
.Mivel egy periódusos függvény periodikus alakkal is periodikus , akkor általánosságban elmondható, hogy a függvény legkisebb periódusa.
Ha ez az egyenlőség egyikre sem teljesül , akkor a függvényt aperiodikusnak nevezzük .
Legyen adott egy függvény, és egy pont az akkor feladatterület belső pontja
A referenciaterület és az értékterület jellegétől függően a következő területeket különböztetjük meg:
Az 1 -es esetben a leképezéseket a legáltalánosabb formában vizsgáljuk, és a legáltalánosabb kérdéseket oldjuk meg - például a halmazok kardinalitás szerinti összehasonlításáról : ha két halmaz között van egy-egy leképezés (bijekció), akkor ezek halmazokat egyenértékűnek vagy egyenértékűnek nevezzük . Ez lehetővé teszi, hogy a halmazokat kardinalitásuk szerint osztályozzuk, és közülük a legkisebbek, növekedési sorrendben, a következők:
Így a következő típusú leképezéseket kapjuk - a definíciós tartomány erejének megfelelően:
A 2. esetben a fő szempont a halmazon megadott struktúra (ahol a halmaz elemei további tulajdonságokkal vannak felruházva, amelyek ezeket az elemeket összekapcsolják, például csoportokban , gyűrűkben , lineáris terekben ), és mi történik ezzel struktúra a leképezés során: ha egy-egy leképezéssel egy adott struktúra tulajdonságai megmaradnak, akkor azt mondjuk, hogy a két struktúra között izomorfizmus jön létre . Így a különböző halmazokban megadott izomorf struktúrák általában nem különböztethetők meg, ezért a matematikában szokás azt mondani, hogy egy adott szerkezetet "az izomorfizmusig " tekintenek.
A halmazokon sokféle struktúra definiálható. Ebbe beletartozik:
Előfordulhat, hogy egy adott tulajdonsággal rendelkező függvények nem léteznek azokon a halmazokon, amelyek nem rendelkeznek a megfelelő szerkezettel. Például egy olyan tulajdonság megfogalmazásához, mint egy halmazon definiált függvény folytonossága , meg kell határozni egy topológiai struktúrát ezen a halmazon .
Egy halmazból halmazba részben meghatározott függvény egy feladatterülettel rendelkező függvény .
Egyes szerzők magán a függvényen csak a szűkítését értik, így a függvény teljes egészében a „szűkített” definíciós tartományon van definiálva. Ennek megvannak az előnyei: például lehet írni , ahol - jelen esetben azt jelenti .
Egy adott argumentumértéknek pontosan egy függvényértéknek kell egyeznie, a függvénydefiníció miatt. De ennek ellenére gyakran találkozhatunk az úgynevezett többértékű függvényekkel . Valójában ez nem más, mint egy olyan függvény kényelmes jelölése, amelynek tartománya maga is halmazcsalád.
Legyen , ahol a halmaz részhalmazainak családja . Ezután mindegyikhez lesz egy készlet .
Egy függvény akkor egyértékű , ha az argumentum minden értéke a függvény egyetlen értékének felel meg. Egy függvény akkor többértékű , ha legalább egy argumentumérték megfelel két vagy több függvényértéknek [5] .
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
---|---|---|---|---|
|