Loading...
 

Składanie funkcji

Definicja 1: Złożenie funkcji


Złożeniem funkcji \( f:X\to Y \) i \( g:Z\to W \), gdzie \( Y\subset Z \) nazywamy funkcję oznaczoną \( g\circ f \), określoną następująco \( g\circ f:X\to W \), \( (g\circ f)(x)=g(f(x)) \), dla każdego \( x\in X \).


Funkcję \( f \) nazywamy wówczas funkcją wewnętrzną, a funkcję \( g \) funkcja zewnętrzną.
 

Ilustracja złożenia funkcji
Rysunek 1: Ilustracja złożenia funkcji


Przykład 1:


Dane są funkcje:

\( f:\mathbb R\to\mathbb R,\quad f(x)=x+1, \)

\( g:\mathbb\to \mathbb R,\quad g(x)=3x^2+2x \)

Utworzymy złożenia \( g\circ f \), \( f\circ g \), \( f\circ f \)

Rozwiązanie

W naszym przykładzie wszystkie zbiory występujące w definicji złożenia są równe \( X=Y=Z=W=R \).

Obliczamy

\( (g\circ f)(x)=g(f(x))=g(x+1)=3(x+1)^2+2(x+1)=3x^2+8x+5, \)

\( (f\circ g)(x)=f(g(x))=f(3x^2+2x)=3x^2+2x+1, \)

\( (f\circ f)(x)=f(f(x))=f(x+1)=x+1+1=x+2. \)

Mamy, więc

\( g\circ f:\mathbb R\to\mathbb R,\quad (g\circ f)(x)=3x^2+8x+5, \)

\( f\circ g:\mathbb R\to\mathbb R,\quad (f\circ g)(x)=3x^2+2x+1, \)

\( f\circ f:\mathbb R\to\mathbb R,\quad (f\circ f)(x)=x+2. \)

 

Uwaga 1:


Jak widać z powyższego przykładu, składanie funkcji jest operacją nieprzemienną.

Uwaga 2: Warunek złożenia funkcji


Jeżeli funkcja \( f \) oraz \( g \) podane są jedynie za pomocą wzorów, to jest możliwe ich złożenie \( g\circ f \), jeśli tylko niepusty jest zbiór \( \{x\in \mathbb R:\quad x\in D_f~{\textrm i}~f(x)\in D_g\} \). Zbiór ten jest wówczas dziedziną (naturalną) złożenia.


Treść zadania:
Niech \( f(x)=\log x \), \( g(x)=3x+5 \). Utworzymy złożenie \( f\circ g \), podając ich wzory i dziedziny.


Treść zadania:
Niech \( f(x)=\log x \), \( g(x)=3x+5 \). Utworzymy złożenie \( g\circ f \), podając ich wzory i dziedziny.

Treść zadania:
Niech \( f(x)=\log x \), \( g(x)=3x+5 \). Utworzymy złożenie \( f\circ f \), podając ich wzory i dziedziny.


Twierdzenie 1: O monotoniczności złożeń

Złożenie dwóch funkcji rosnących jest funkcją rosnącą.

Złożenie dwóch funkcji malejących jest funkcją rosnącą.

Złożenie funkcji rosnącej i malejącej w dowolnej kolejności jest funkcją malejącą.


Przykład 2:


Zbadamy monotoniczność danej funkcji i określimy rodzaj jej monotoniczności.

Pokażemy, że funkcja \( f(x)=\left({1\over 3}\right)^{2(1-x)^5} \) jest funkcją rosnącą.

Rozwiązanie

Funkcję \( f \) potraktujemy jako funkcję złożoną z trzech funkcji
\( f=f_3\circ f_2\circ f_1 \). Kładziemy:

\( f_1(x)=1-x \),

\( f_2(x)=2x^5 \),

\( f_3(x)=\left({1\over 3}\right)^x. \)

Sprawdzimy, czy dobrze określiliśmy funkcje składowe.

\( (f_3\circ f_2\circ f_1)(x)=f_3(f_2(f_1(x)))=f_3(f_2(1-x))=f_3(2(1-x)^5)=\left({1\over 3}\right)^{2(1-x)^5}=f(x). \)

Z łatwością określamy monotoniczność funkcji składowych. Funkcja \( f_1 \) jest funkcją malejącą, \( f_2 \) jest funkcją rosnącą, zatem ich złożenie \( f_2\circ f_1 \) jest funkcją malejącą. Funkcja \( f_3 \) jest funkcją malejącą jako funkcja wykładnicza o podstawie z przedziału \( (0,1) \) więc jej złożenie z funkcją malejącą \( f_2\circ f_1 \) jest funkcją rosnącą. A to złożenie \( f_3\circ (f_2\circ f_1)=f_3\circ f_2\circ f_1 \) jest badaną funkcją \( f \).

Odpowiedź

Funkcja \( f \) jest rosnąca.

 


Ostatnio zmieniona Poniedziałek 19 z Październik, 2015 14:10:00 UTC Autor: Anna Barbaszewska-Wiśniowska
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.