دانلود تحقیق مفهوم تابع

مفهوم تابع
دید کلی
مفهوم تایع یکی از مهم ترین مفاهیم علم ریاضی بوده و به همان اندازه در ریاضی اهمیت دارد که مفهوم مجموعه دارد.

اغلب، می گویند تابع، کمیت متغیری است که از کمیت متغیر دیگر تبعیت می کند.

برای توزیع معمولی، مانند:
Y=sinx ,y=x2 , y=a+bx
والی آخر، این تعریف کاملا مناسب می باشد.

ممکن است اگر توابع دیگری، مانند: y=sin2x+cos2x
را در نظر بگیریم، می بینیمی که مقادیر آن تابعه دیگر تغییر نمی کند و بنابراین دیگر کمیت متغیری که از کمیت x تبعیت کند، وجود نداد.

تعریف تایع:
تناظری که به هر عنصر x از یک مجموعه x فقط و فقط یک عنصر y از یک مجموعه y رانسبت را دهد، تایع گویند.

توابع را با حروف f یا حروف کوچک خطی لاتین نشان می دهیم.

مفهوم تابع از دیدگاه دیگری
از طرفی، تحت عنوان کمیت چیزهایی را در نظر می گیرند که آنها همه با هم قابل مقایسه باشند.

یعنی چیزهایی که بین آن ها روابط بیشتر و کم تر و.جود دارد.

در صورتی که در ریاضیات، توابعی نیز مطالعه می شود که برای آنها این روابط تعیین نشده است، مثلا به عنوان مثال از اعداد کمپلکس (مختلط) یا به طور کلی از عناصر یک مجموعه دلخواه می توان اسم برد.

توجه دقیق نشان می دهد که در مفهوم تابع وابستگی تغییرات به تغییرات متغیر مستقل آنم اندازه مهم نیست که تناظر بین مقادیر متغیر مستقل و مقادیر تابع مهم می باشد.

به خصوص اگر به خاطر بیاوریم که تمامی اطلاعات راجع به تابع، می تواند از بیان گرافیکی آن استخراج گردد، و در نتیجه نباید فرض بین بیان گرافیکی تابع و خود تابع قائل شده و از طرفی
رافیک تابع مجموعه نقاطی است که هر یک از آن ها با دو مختصات y,x یعنی با (x,y) مشخص میگرند.

بدین ترتیب به نظر می رسد که در تعریف تابع، مناسب است از آن خصوصیات مجموعه زوج های مرتب استفاده گردد که ویژه گرافیک تابع باشند.

قلمرو و برد تابع: مجموعه x را قلمرو تابع و مجموعه y را برد تابع f می نامند.

تابعf را از مجموعه x به مجموعه y را معمولا به صورت f:x→y y=f(x) نشان می دهند.

مثال هایی از تابع: 1) تبدیل درجه فارنهایت به سانتیگراد را در نظر می گیریم برای هر عدد حقیقی x، درجه فارنهایت معادل است با: درجه سانتیگراد.

فرض می کنیم y,x هر دو عدد مجموعه اعداد حقیقی باشند، در نتیجه این عمل، به هر عنصر x از مجموعه Xعنصر یگانه f(x) از مجموعه y را نظیر می کند.

اگر داشته باشیم: پس نتیجه می گیریم برای هر مقدار x یک مقدار x از منحصر بفردی y موجود است.

f(32)=0 f(68)= 0 f(212)=0 مفهوم تابع برای سه تایی مرتب: اگر در نظر بگیریم که خود متناظر به توسعه 3- تایی مرتب مجموعه هایی است که9 جزو اول آن زیر مجموعه از حاصل ضرب مستقیم جز دوم و سوم آن می باشد و بین عناصر این حاصل ضرب زوج هایی که اجزا اول آنها یکسان و اجزا دوم آن ها متفاوت باشند.

وجود ندارد، یعنی اگر (x,z),(x,y) عناصر حاصلضرب مستقیم باشند، آنگاه y=z خواهد بود.

بنابراین طبق تعریف: 3- تایی (f,x,y) را تابع گویند، هر گاه: (1) باشد.

(2) F زوج هایی نداشته باشد که اجزا اول ان ها یکسان و اجزا دوم آن ها متقارن باشند.

گراف تابع: در تابع f:X→Y مجموعه تمامیزوج هائی که اجزای اول آن ها را عناصر مجموعه X و اجزای دوم آن ها را تصویر عناصر مجموعه X تشکیل می دهند، گراف تابع خواهد بود.

مفاهیم مربوط به تابع: برای توابع مفاهیمی مانند "گراف تابع"، "ناحیه مبدا تابع"، "ناحیه تعریف تابع"، "ناحیه مقادیر تابع" ظاهر می شود چون برای تابع، ناحیه تعریف با ناحیه مبدا منطبق می شود، بدین جهت برای تابع فقط ناحیه تعریف را به تنهایی به کار می برند.

تابه f را با ناحیه تعریف x ناحیه مقصد y تابعی را "نوع x→y" می نامند.

تعبیر هندسی تابع: f تابع است اگر خطی موازی محور y ها رسم کنیم منحنی تابع را فقط و فقط در یک نقطه قطع کند.

یعنی به ازای یک y فقط و فقط یک x داشته باشیم.

خواص توابع زوج یا فرد باشند.

توابع زوج و فرد: فرض کنید f تابعی با دامنه با شد و برای هر آنگاه باشد(در اصطلاح دامنه تابع f متقارن باشد).

در این صورت: تابع f را زوج می گوییم هرگاه: تابع f را فرد می گوییم هرگاه: اگر هیچ یک از شرایط فوق برقرار نباشد تابع را نه زوج و نه فرد می گوییم.

توجه کنید که شرط اولیه اینکه تابعی بتواند زوج یا فرد باشد این است که دامنه اش متقارن باشد یعنی: و اگر شرط فوق برقرار نباشد در مورد زوج یا فرد بودن تابع بحث نمی شود.(چرا؟) به عنوان مثال تابعتابعی است نه زوج و نه فرد چرا که دامنه اش برابر است با که متقارن نمی باشد چون 1- عضو دامنه بوده ولی 1 عضو دامنه نمی باشد و شرط اولیه برای زوج یا فرد بودن تابع برقرار نمی باشد.

به عنوان مثال تابع تابعی زوج است چرا که اولا وامنه اش مجموعه اعداد حقیقی بوده پس متقارن است و همچنین داریم: و همچنین تابع تابعی فرد است چرا که دامنه اش مجموعه اعداد حقیقی بوده و متقارن است و همچنین: تابع هم تابعی نه زوج و نه فرد است زیرا:(البته شرط اولیه یعنی متقارن بودن دامنه برقرار است) که در هیچ یک از شراط تابع زوج یا فرد صدق نمی کند.

بررسی زوج و فرد بودن تابع از روی نمودار تابع: از نظر هندسی نمودار تابع زوج نسبت به محور y ها متقارن است.

برهان: می دانیم در تقارن یک نقطه نسبت به محور y ها مولفه y ثابت و مولفه x قرینه می شود پس زمانی نسبت به محور y ها متقارن است که با تبدیل x به x- تابع تغییری نکند.

پس در چنین تابعی داریم: که این همان تعریف تابع زوج است.

به عنوان مثال نمودار تابعی که در بالا زوج بودنش را نشان دادیم به این صورت است: مشاهده می کنید این تابع نسبت به محور Y ها متقارن است.

از نظر هندسی نمودار تابع فرد نسبت به مبدا مختصات متقارن است.

برهان: می دانیم در تقارن یک نقطه نسبت به مبدا همه مولفه ها قرینه می شوند.

پس تابع هنگامی نسبت به مبدا متقارن است که با تبدیل x به x- تابع از (‌f(x به (‌f(x- تغییر کند.

پس در چنین تابعی داریم: که این همان تعریف تابع فرد است.

به عنوان مثال نمودار تابعی که در بالا فرد بودنش را بررسی کردیم به این صورت است: مشاهده می شود این تابع نسبت به مبدا متقارن است.

تابعی که هیچ یک از این ویژگی ها را نداشته باشد نه زوج و نه فرد است.

به عنوان مثال نمودار های زیر نمونه ای از نمودار های توابع نه زوج و نه فرد است: از معروف ترین توابع نه زوج و نه فرد می توان به تابع هموگرافیک و تابع لگاریتم اشاره کرد.

حال ممکن است این سوال پیش بیاید که آیا تابعی وجود دارد که هم زوج و هم فرد باشد؟

اگر چنین تابعی موجود باشد خاصیت زوج بودن و فرد بودن را با هم دارد.

فرض کنید تابع با دامنه دارای چنین خاصیتی باشد و داریم: حال با جمع کردن طرفین: پس تابع (محور Xها) تنها تابعی است که هم زوج و هم فرد است و نمودار آن به این صورت است: مشاهده می کنید که نمودار این تابع هم نسبت به مبدا مختصات و هم نسبت به محور Y ها متقارن است پس هم زوج و هم فرد است.

چند خاصیت از توابع زوج و فرد: برهان: باید نشان دهیم: چون f و g دو تابع زوج هستند طبق فرض داریم: پس: لذا تابع fog زوج است به همین روش می توان نشان داد gof هم زوج است.

اگر f و g دو تابع فرد باشند آنگاه ترکیبشان یعنی fog(یا gof) هم تابعی فرد است.

برهان: باید نشان دهیم: چون f و g دو تابع فرد هستند داریم: پس: لذا تابع fog تابعی فرد است.

به همین روش می توان اثبات نمود gof هم تابعی فرد است.

ترکیب دو تابع که یکی زوج و دیگری فرد باشد همواره تابعی زوج است.

برهان: فرض می کنیم f تابعی زوج دلخواه و g تابعی فرد دلخواه باشد.

نشان می دهیم تابع حاصل از ترکیب این دو تابع تابعی فرد است.

طبق فرض داریم: ابتدا نشان می دهیم تابع fog تابعی فرد است.

پس fog تابعی زوج است.

حال نشان می دهیم که gof هم زوج است.

پس gof تابعی زوج است.

لذا حکم برقرار است.

اگر f و g تابعی زوج باشند آنگاه توابع حاصل از اعمال جبری این دو تابع یعنی: هم توابعی زوج هستند.(در هر حالت می توان جای fو g را با هم عوض نمود) (البته در مورد تقسیم دو تابع باید در نظر داشت که حکم فوق همواره کلی نمی باشد و به دامنه مخرج بستگی دارد، چرا که ممکن است شرط متقارن بودن تابع حاصل از تقسیم برقرار نباشد.) برهان: برای نمونه یک حالت زوج بودن را اثبات می کنیم.

سایر حالات به طریقی مشابه اثبات می شوند.

چون f و g دو تابع زوج هستند داریم: پس: لذا تابع f+g تابعی زوج است.

اگر f و g دو تابع فرد باشند آنگاه تابع تابعی فرد و سایر حالات یعنی: توابعی زوج هستند.

(در هر حالت می توان جای f و g را عوض کرد) (البته در مورد تقسیم دو تابع باید در نظر داشت که حکم فوق همواره کلی نمی باشد و به دامنه مخرج بستگی دارد، چرا که ممکن است شرط متقارن بودن تابع حاصل از تقسیم برقرار نباشد.) برهان: ابتدا نشان می دهیم تابعی فرد است.

چون دو تابع f و g توابعی فرد هستند داریم: پس: لذا دو تابع مذکور فرد می باشند.

حال نشان می دهیم دو تابع زوج می باشند.

(اثبات فوق در باره تقسیم دو تابع با فرض مساعد بودن دامنه f/g برای زوج و فرد بودن نوشته شده است) پس دو تابع مذکور زوج می باشند.

اگر f تابعی زوج و g تابعی فرد باشد آنگاه تابعی نه زوج و نه فرد بوده و توابع توابعی فرد می باشند.

برهان: ابتدا به بررسی تابع پردازیم.

چون f زوج و g فرد است داریم: پس: پس دو تابع فوق در شرایط تابع زوج یا فرد صدق نمی کنند لذا نه زوج و نه فرد هستند.

حال نشان می دهیم در تابع فرد هستند: (اثبات فوق در باره تقسیم دو تابع با فرض مساعد بودن دامنه f/g برای زوج و فرد بودن نوشته شده است) پس دو تابع فوق فرد می باشند.

توابع چند متغیره یک تابع ممکن است بیشتر از یک متغیر داشته باشد برای مثال یک تابع از f است که دارای سه پارامتر x,y,z است که یک ارزش را برای تابع تولید می‌کنند.

از توابع چند متغیره می‌توان به قانون جاذبه نیوتن اشاره کرد که در آن دو جرم با متغیر و و نیز یک متغیر برای فاصله هر جرم به نام در آن وجود دارد.

منابع : سایت اطلاع رسانی دانشنامه رشد : www.daneshnameh.roshd.ir سایت اطلاع رسانی آفتاب : www.aftab.ir سایت اطلاع رسانی تبیان www.tabyan.net کتاب لوئیس لیتهلد