Способы задания функции

Как мы уже убедились на некоторых примерах, функцию можно задать различными способами. Рассмотрим основные способы задания функции.

1. ФОРМУЛА[понятие: Формула (valem) – правило, записанное с помощью математических символов.], ИЛИ АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЗАДАНИЯ.

В этом случае дано равенство, с помощью которого для каждого значения х можно вычислить соответствующее значение у. Это равенство обычно записывается в виде y = f(x), правая часть которого показывает, какие действия и в каком порядке нужно выполнить с конкретным значением аргумента, чтобы получить соответствующее значение функции. Например, формула y = x2 + 1 задает квадратичную функцию. Для каждого действительного числа x можно вычислить соответствующее значение функции: нужно возвести х в квадрат и к результату прибавить 1. Задание функции с помощью формулы называется также аналитическим способом задания.

Функция может быть задана и с помощью нескольких формул. Таковa, например, функция y=x, если x0-x, если x<0 (или y = |x|).

Рис. 2.24

2. ГРАФИК.

График[понятие: График (graafik) – представление функции с помощью множества точек координатной плоскости.] позволяет представить функцию гораздо нагляднее. Многие свойства функции яснее видны на графике, чем по формуле. Графиком функции f является множество точек плоскости, абсциссы которых есть значения аргумента, а ординаты – соответствующие значения функции (рис. 2.24). Чаще всего график – это некоторая линия. Однако далеко не всякая линия является графиком какой-либо функции. Дело в том, что одному значению аргумента х может соответствовать только одно значение f(x). Поэтому на графике функции не может быть нескольких точек с одинаковыми абсциссами, но разными ординатами. На практике можно пользоваться следующим признаком: данная линия является графиком функции, если всякая прямая, перпендикулярная оси абсцисс, пересекает эту линию не более чем в одной точке.

Обычно на чертеже удается изобразить только часть графика функции. График может быть непрерывной линией, состоять из отдельных точек или из нескольких частей (линий и отдельных точек). Например, график функции, рассмотренной в примере 1 раздела 2.9, состоит из 5 точек (рис. 2.24). На практике широкое применение находят графики различных физических процессов: график движения, кардиограммы и т. д.

3. ТАБЛИЦА.

Таблица[понятие: Таблица (tabel) – представление связанных между собой значений переменных, записываемое по строкам или столбцам. ], которой задается функция, состоит из двух строк или столбцов. В одной строке (столбце) записываются значения аргумента x, в другой строке (столбце) рядом со значениями х записываются соответствующие значения функции. Такова, например, таблица в задании 439. До начала массового применения калькуляторов люди пользовались при вычислениях, например, таблицей квадратов чисел (т. е. таблицей функции yx2, x ∈ N), кубов чисел и таблицей квадратных корней. Табличным представлением функции часто пользуются как вспомогательным средством при построении графика функции, заданной некоторой формулой.

Некоторое сходство с таблицами имеют диаграммы, изображающие соответствие между элементами двух множеств (рис. 2.25). В этом случае множества X (область определения) и Y изображаются некоторыми фигурами. Стрелками показывают, какой элемент множества Y соответствует каждому из элементов множества X. При таком изображении соответствия легче выяснить, является оно функцией или нет. В случае функции должны быть выполнены следующие условия: 1) каждому значению аргумента x ∈ X должно соответствовать некоторое значение y ∈ Y и 2) каждому значению х соответствует только одно значение y. Другими словами, из каждого элемента множества X должна исходить только одна стрелка.

Рис. 2.25

4. ЧИСЛОВЫЕ ПАРЫ[понятие: Числовые пары (arvupaarid) – задание функции с помощью  всевозможных упорядоченных пар чисел, в которых на первом месте стоит значение аргумента, а на втором – соответствующее значение функции].

При таком способе задания функции образуют всевозможные упорядоченные пары чисел, в которых на первом месте стоит значение аргумента, а на втором – соответствующее значение функции.

Например, пусть дана функция y = |x|, где X = {–2, –1, 0, 1, 2}. Эту функцию можно задать как множество числовых пар, т. е. как множество {(–2; 2), (–1; 1), (0; 0), (1; 1), (2; 2)}.

Ясно, что такой способ задания имеет много общего с таблицей. Заметим, что на практике как таблица, так и множество числовых пар могут полностью определить функцию только в том случае, когда множество Х конечно.

Пример 1.

Диаграмма на рисунке 2.26 задает функцию, так как каждому элементу множества Х (на рисунке перечислены все составляющие это множество обыкновенные дроби) соответствует один и только один элемент множества Y (десятичная дробь).

Рис. 2.26

Пример 2.

Основная зарплата продавца бытовой техники равна 1000 евро в месяц. Если объем продажи за месяц превышает 30 000 евро, то продавцу платят 40% от основной зарплаты и дополнительно 2% от оборота, т. е. от объема продажи. Найдем формулу для вычисления месячной зарплаты у в зависимости от оборота х.

Эта зарплата неизменна, пока оборот не превысит 30 000 евро. Если x ∈ [0; 30 000], то y = 1000.

Если x > 30 000, то y = 0,4 · 1000 + 0,02x = 400 + 0,02x.

Короче это можно записать следующим образом:

y=1000, если x0; 30 000400+0,02x, если x>30 000.

График этой функции изображен на рисунке 2.27.

Рис. 2.27

Пример 3.

Инженеры автозавода измерили зависимость длины тормозного пути автомобиля от его скорости и получили следующие данные.

Зависимость между этими величинами является функцией. Предполагая, что такая же закономерность сохраняется и при других значениях скорости, попробуем найти по этим данным общую формулу, позволяющую найти длину тормозного пути (в метрах) по известной начальной скорости v (км/ч). Для этого, прежде всего, отметим соответствующие точки на координатной плоскости (рис. 2.28).

Рис. 2.28

Как мы видим, эти точки не лежат на одной прямой. Из известных нам линий полученный график больше всего напоминает параболу (график квадратичной функции). Поскольку при начальной скорости 0 км/ч тормозной путь составит 0 м, то парабола должна проходить через начало координат. Уравнение такой параболы имеет вид у = ах2. Значение параметра а определим по данным таблицы, например, следующим образом:

10,0=a\cdot50^2, откуда a=\frac{10,0}{2500}=0,004 и формулой для вычисления длины тормозного пути будет s=0,004v^2.

С помощью полученной формулы можно найти длину тормозного пути при любой начальной скорости, а также начальную скорость, если известна длина тормозного пути. Например, если скорость равна 100 км/ч, то тормозной путь составит 0,004 · 10 000 = 40 метров.

Упражнения A

Задание 442. Способы задания функции
Рис. 2.29
  • 1)
  • 2)
  • 3)
  • 4)
  • 5)
Задание 443. Способы задания функции
Рис. 2.30
  • 1)
  • 2)
  • 3)
  • 4)
  • 5)
  • 6)

Задание 444. Длина тормозного пути
  1. Найдите формулу, выражающую зависимость длины s тормозного пути (в метрах) от начальной скорости v (км/ч).

    Ответ: s
  2. Какова длина тормозного пути, если автомобиль начнет торможение при скорости 80 км/ч; 100 км/ч?

    Ответ: при скорости 80 км/ч длина торозного пути равна  м, а при скорости 100 км/ч – м.
  3. С какой скоростью ехал автомобиль, если для торможения ему потребовалось 62,2 м; 24,5 м?

    Ответ: если длина тормозного пути была 62,2 м, то скорость была  км/ч, а если 24,5, то   км.
Задание 445. Поход
Рис. 2.31
  1. Сколько времени ушло на весь поход и сколько из этого времени – на привалы для отдыха?
    Ответ: на весь поход ушло  ч и из этого времени  ч ушло на привалы для отдыха.
  2. Сколько километров прошел турист за первый час?
    Ответ: за первый час он прошел  км.
  3. Сколько времени ушло на прохождение первых 10 км и сколько – последних 10 км?
    Ответ: на прохождение первых 10 км ушло  ч, а на прохождение последних 10 км –  ч.
  4. Найдите область определения X соответствующей функции и множество Y ее значений.
    Ответ: X; Y.
Задание 446. Дворик для собаки

S

  • Начертите (с помощью компьютера) график этой функции, найдите ее область определения и множество значений.
    Ответ: X; Y.
  • С помощью графика установите, при какой длине x площадь загона будет наибольшей.
    Ответ: если x.
  • Какой может быть в действительности длина меньшей стороны этого прямоугольника?
    Ответ: длина меньшей стороны прямоугольника может быть от м до  м.

Упражнения Б

Задание 447. График функции

Начертите график функции y=x2, если x<12-x, если x1.

Начертите график функции y=2x+3, если x<-1x2-2, если x-1.

Начертите график функции y=2x+3-x.

Начертите график функции y=x+xx.

Задание 448. Объем коробки

V

X

Задание 449. Прокат лимузина

y=, если <x, если x>

  • Начертите график функции, заданной этой формулой.
  • Какова будет плата за пробег 300 км?
    Ответ: плата будет равна  евро.
Задание 450. Оконный проем

C