Capitolo 5 Funzioni. Grafici. Definizione: Una funzione f di una variabile reale, x , è una corrispondenza che associa ad ogni numero reale x appartenente ad un insieme Df ⊆ R un unico numero reale, y ∈ R, denotato con f(x) che si chiama immagine del punto x secondo la funzione f. L'insieme di tutti i valori assunti dalla funzione f quando x varia nell'insieme Df si chiama immagine della funzione e si denota con f( Df ) Df ≡ dominio o insieme di definizione della funzione f. f : x ∈ Df ⊆ R → un solo y = f(x) ∈ f(Df) ⊆ R x = valore di ingresso, variabile indipendente f(x) = valore di uscita, variabile dipendente Esempi: f : x ∈ R → y = f(x) = mx + q retta funzione lineare in quanto la variabile x compare alla prima potenza , l'insieme immagine è ancora tutto R 1 f : x ∈ R - {0} → y = (iperbole) , Df = R - {0} e così pure l'insieme immagine f(Df) x Le coppie [x , f(x)] individuano punti nel piano cartesiano, in questo modo si costruisce il grafico della funzione f. Grafici della retta m>0 m<0 Grafico dell’iperbole y = f(x) = y 1 x 1 2 2 x,x≥0 y = f(x) = |x | = -x , x < 0 funzione valore assoluto y Il dominio è tutto R L'insieme immagine è R+ 1 -1 1 x Funzioni Monotone f(x) crescente: x1 ≤ x2 f(x) decrescente: x1 ≤ x2 ⇒ ⇒ f(x1) ≤ f(x2) (< strettamente crescente) f(x1) ≥ f(x2) (< strettamente decrescente) Negli esempi fatti y = mx +q, m < 0, f è strettamente decrescente, m>0 strettamente crescente y= 1 è strettamente decrescente per x > 0 e strettamente crescente per x < 0 x y = |x |, f è strettamente crescente per x ≥ 0 e strettamente decrescente per x <0 Funzioni elementari (le più comuni funzioni di una variabile reale) Funzione potenza con esponente n ∈ N y = f(x) = xn n = 2 f(x) = x2 (parabola) n = 3 f(x) = x3 (cubica) (n≠1, xn non lineare, es. f(x)=x2 ⇒ f(x1+x2) = x12 +x22 + 2x1x2 ≠ f(x1)+f(x2 )= x12 + x22 ) f( x) = x2 strettamente crescente per x ≥ 0, strettamente decrescente per x < 0 Df = R , l'immagine=R+ f(x) = x3 strettamente crescente per x ∈ R , Df = R , l'immagine=R Funzione potenza con esponente razionale f(x) = xm/n con m,n ∈ N. Nota: se n è un intero dispari allora xm/n è definita anche per x < 0, se n è pari allora il dominio di f è solo R+ cioè x ≥ 0. Esempi : (-1)5/3 = 3 (−1) 5 = 3 − 1 = -1, invece (-1)3/2 = (−1) 3 = − 1 non ha significato nell’ambito dei numeri reali y 3 f(x) = x 2/3 = x 2 , Df = R , immagine f(Df) = R+ x Se x ≠ 0 possiamo anche definire x - m/n = 1 m xn con m,n ∈ N Infine si può definire la funzione potenza con esponente reale, definita solo per x > 0 f(x) = x α Es. f(x) = x 2 con α qualsiasi numero reale, anche irrazionale Funzione inversa Se accade che ad ogni y = f(x) ∈ f(Df) corrisponde un unico x ∈ Df allora si dice che la funzione è invertibile e la funzione che ad ogni y associa l’unico x tale che f(x) =y si chiama funzione inversa di f e si denota con f –1 , f –1 : y =f(x) ∈ f(D f ) → x = f -1 (f (x) ) = f –1(y) ∈ f(D f ) ) y-2 y-2 =x invertibile f –1(y) = 3 3 l’operazione di inversione fornisce nuovamente una retta. Esempi : y = 3x + 2 ⇒ 3x = y –2 ⇒ x = Invece y =x2 , per esempio 4 = ( ± 2 )2 ⇒ x1 = +2 , x2 = -2 , due valori ⇒ non invertibile se però considero y = x2 con x ≥ 0 allora si ha solo x1 = +2 4 -2 2 Nota che in questo caso la funzione è monotona (strettamente cresc.) ) e si ha che 4 ≡ (4)1/2 = +2 Quindi la funzione inversa della funzione potenza con n=2 è la funzione radice quadrata : f –1(y) = y ≡ (y)1/2 = il dominio di f –1 è R +. x 2 = x (solo se il dominio di f è ristretto a R +, cioè x ≥ 0). Nota che anche Quindi: Se f è strettamente monotona (crescente o decrescente) allora è invertibile. Quindi ad esempio y =f(x) = x 2/3 = 3 f(x) = x è invertibile su tutto R , f 3 x 2 , f –1(f (x) ) → ( x2/3 )3/2 = x , cioè f –1 = –1 → 3 ( e viceversa) Nota 1: il grafico della funzione inversa è simmetrico rispetto alla bisettrice y = x . ( )3 x>0 Se invece di far variare la base facciamo variare l’esponente abbiamo la funzione esponenziale f(x) = ax , a > 0 Nota: a x > 0 ∀ x ∈ R. se se a > 1 , a x è strettamente crescente a < 1 , a x è strettamente decrescente. Y a>1 a<1 1 a0 =1 x Come abbiamo fin qui visto, se una funzione è strettamente monotona allora ∃ la funzione inversa. La funzione inversa di ax è definita da: f –1 = log a (logaritmo in base a di ) il cui dominio è R+ (se a = e = numero di Nepero = 2,71828… irrazionale, si ha quindi ex e log x (la base è sottintesa)) Viceversa : la funzione inversa di log ax è ax . Quindi per la definizione di funzione inversa si ha : f-1 f(x) = x ⇒ loga ax = x e a logax = x , E quindi per x = 1 risulta ⇒ logaa = 1 e a loga1 = 1 , cioè ⇒ loga1 = 0. Inoltre si evince che logaxb = b logax y =f(x) = logax Nota bene : il dominio di loga x = insieme immagine ax è R+ ( ax sono tutti numeri positivi al variare di x). e per x = 0 il logaritmo non è definito. Dalla proprietà delle potenze ricaviamo le proprietà del logax. Esempio: ax1 a x2 = a x1+ x2 ⇒ loga(x1x2) = logax1 + logax2 infatti posto y1 = logax1 , y2 = logax2 ay1 = x1, ay2 = x2 quindi ay1 ay2 = ay1+ y2 = x1x2 ⇒ logaa(y1+ y2) = loga(x1 x2) ma logaa(y1+ y2) = y1 + y2 = logax1 + logax1. Cioè il logaritmo del prodotto è uguale alla somma dei logaritmi. Analogamente si può dimostrare che loga x1 = loga x1 - loga x2 x2 Nota sui grafici: y(x)=f(x) -f(x) grafico simmetrico rispetto all’asse delle x f(x-a) traslazione del grafico a destra di a unità di lunghezza f(x+a) traslazione del grafico a sinistra di a unità di lunghezza c +f(x) traslazione del grafico in alto di c unità di lunghezza -c + f(x) traslazione del grafico in basso di c unità di lunghezza Esercizi Verificare la Nota sui grafici delle funzioni elementari con a=2 e c=3 Disegnare i grafici delle seguenti funzioni, indicare il loro dominio, indicare gli intervalli dove sono crescenti e dove decrescenti: f(x) = 1- 2x2 , f(x) = 1 , f(x) = 1 – log2x (logaritmo naturale, in base e) 1− x Calcolare la funzione inversa di disegnare i grafici di f e di f -1. 3 f(x)=3x 4 , Calcolare log39, log2 1 , log510 + log5 7 6 indicare il suo dominio e quello della f -1 e