Функцией называют такую зависимость переменной от переменной , при которой каждому допустимому значению соответствует единственное значение . Переменную называют независимой переменной или аргументом функции , а переменную – зависимой от переменной или значением функции .
Уравнение задает функцию явно , а уравнение задает функцию неявно . Чтобы задать функцию явно, необходимо в уравнении выразить одну переменную через другую.
Множество всех допустимых значений переменной образуют область определения функции. Область определения функции обозначают .
Множество всех допустимых значений переменной образуют область значений функции . Область значений функции обозначают .
Например, область определения функции составляют числа, принадлежащие промежутку , а область ее значений – числа, принадлежащие промежутку .
Графиком функции называют множество точек плоскости, координаты которых удовлетворяют данной функциональной зависимости, то есть точек вида . График функции представляет собой некоторую линию на плоскости.
Функция возрастает на промежутке , если для любых и , принадлежащих промежутку , из неравенства следует неравенство (рис. 5.1).
Функция убывает на промежутке , если для любых и , принадлежащих промежутку , из неравенства следует неравенство (рис. 5.2).
Функция называется монотонной
, если она либо только возрастает, либо только убывает на .
Говорят, что числовое множество симметрично относительно точки (начала отсчета) координатной прямой, если оно содержит только противоположные элементы.
Например, числовые множества , , – симметричные, а множества , и – не симметричные.
Функция называется четной , если – симметричное множество относительно начала отсчета и . График четной функции симметричен относительно оси .
Функция называется нечетной , если – симметричное множество относительно начала отсчета и . График нечетной функции симметричен относительно точки .
Функция называется периодической , если существует такое число , при котором для всех из области определения функции выполняется равенство .
Например, тригонометрические функции , , и являются периодическими, так как выполняются равенства: , , и , где .
Чтобы построить график периодической функции, достаточно построить ее график на основном (наименьшем) периоде и выполнить параллельный перенос этого графика вдоль оси абсцисс на любое количество периодов влево и вправо. Например, рассмотрим функцию . Заметим, что запись обозначает наибольшую целую часть некоторого числа, не превосходящую это число, а запись обозначает его дробную часть. Так, например, , , , , , . Тогда функция является периодической с основным периодом, равным . На рисунке 5.3 построен график этой функции на ее основном периоде , а на рисунке 5.4 построен график этой функции на нескольких периодах.
Точки пересечения графика функции с осью абсцисс называют нулями функции .
Чтобы найти нули функции необходимо решить уравнение .
Функция обратима , т. е. имеет обратную функцию , если она или монотонно возрастает или монотонно убывает на всей своей области определения.
Функции и образуют пару взаимно обратных функций. Взаимно обратные функции обладают следующими свойствами :
1) область определения функции является областью значений функции , а область значений функции является областью определения функции , т.е. , ;
2) если функция монотонно возрастает (убывает), то и функция возрастает (убывает);
3) графики взаимно обратных функций симметричны относительно прямой .
Чтобы найти функцию обратную функции необходимо решить уравнение относительно переменной и в этом уравнении заменить на , а заменить на .
Рассмотрим две функции и . Функцию вида называют сложной функцией .
Например, если , а , то .
1) функция четная, так как – симметричное множество относительно начала отсчета и ;
2) функция нечетная, так как – симметричное множество и ;
3) функция не является четной и не является нечетной, так как – не симметричное множество.
Пример 3. Найдите функцию обратную функции .
Решение . Выразим переменную явно: , , . Заменив в этом уравнении на , а на , запишем: . Функции и взаимно обратные.