3.6-bo'lim: Funktsiyalarni birlashtirish
Biz hal qilishimiz kerak bo'lgan funktsiyalar mavzusi - bu funktsiyalarni birlashtirish. Ko'pincha bu funktsiyalar bilan asosiy arifmetikani (qo'shish, ayirish, ko'paytirish va bo'lish) bajarishni anglatadi. Funktsiyalarni birlashtirishning yangi usuli bor, biz ham ko'rib chiqishimiz kerak.
Funktsiyalarning asosiy arifmetikasidan boshlaylik. \(f\left( x \right)\) va \(g\left( x \right)\) ikkita funksiyasi berilgan holda bizda quyidagi yozuv va amallar mavjud.
\[\begin{align*}\left( {f + g} \right)\left( x \right) & = f\left( x \right) + g\left( x \right) & \hspace{0.25in}\hspace{0.25in}\left( {f - g} \right)\left( x \right) & = f\left( x \right) - g\left( x \right)\\ \left( {fg} \right)\left( x \right) & = f\left( x \right)g\left( x \right) & \hspace{0.25in}\hspace{0.25in}\left( {\frac{f}{g}} \right)\left( x \right) & = \frac{{f\left( x \right)}}{{g\left( x \right)}}\end{align*}\]Ba'zan biz \(\left( x \right)\) qismini tashlab qo'yamiz va shunchaki quyidagilarni yozamiz:
\[\begin{align*}f + g & = f\left( x \right) + g\left( x \right) & \hspace{0.25in}\hspace{0.25in}f - g & = f\left( x \right) - g\left( x \right)\\ fg & = f\left( x \right)g\left( x \right) & \hspace{0.25in}\hspace{0.25in}\frac{f}{g} & = \frac{{f\left( x \right)}}{{g\left( x \right)}}\end{align*}\]Shuni ham yodda tutingki, biz \(x\)-ni qavs ichiga qo'yamiz, lekin biz ko'pincha raqamlarni ham qo'yamiz. Keling, bir misolni tez ko'rib chiqaylik.
- \(\left( {f + g} \right)\left( 4 \right)\)
- \(g - f\)
- \(\left( {fg} \right)\left( x \right)\)
- \(\displaystyle \left( {\frac{f}{g}} \right)\left( 0 \right)\)
Munozarani ko'rsatish
Baholash deganda qavs ichidagi narsaga qarab ikkita narsadan birini nazarda tutamiz. Agar qavs ichida raqam bo'lsa, biz raqamni xohlaymiz. Agar \(x\) bo'lsa (yoki qavssiz, chunki bu \(x\) ni nazarda tutadi), biz operatsiyani bajaramiz va iloji boricha soddalashtiramiz.
a \(\left( {f + g} \right)\left( 4 \right)\) Yechim
Bu holda bizda raqam bor, shuning uchun biz funktsiyani baholashimiz kerak.
\[\begin{align*}\left( {f + g} \right)\left( 4 \right) & = f\left( 4 \right) + g\left( 4 \right)\\ & = \left( {2 + 3\left( 4 \right) - {4^2}} \right) + \left( {2\left( 4 \right) - 1} \right)\\ & = - 2 + 7\\ & = 5\end{align*}\]b \(g - f\) Yechim
Bu erda bizda \(x\) yoki raqam yo'q, shuning uchun bu xuddi qavs ichida \(x\) borligi bilan bir xil narsani anglatadi. Shuning uchun biz ikkita funktsiyani ayirib, soddalashtiramiz. Shuni ham yodda tutingki, bu yuqoridagi ta'riflarga qarama-qarshi tartibda yozilgan, ammo u xuddi shunday ishlaydi.
\[\begin{align*}g - f & = g\left( x \right) - f\left( x \right)\\ & = 2x - 1 - \left( {2 + 3x - {x^2}} \right)\\ & = 2x - 1 - 2 - 3x + {x^2}\\ & = {x^2} - x - 3\end{align*}\]c \(\left( {fg} \right)\left( x \right)\) Yechim
Oxirgi qismdagi kabi bu qavs ichida \(x\) bor, shuning uchun biz ko'paytiramiz va keyin soddalashtiramiz.
\[\begin{align*}\left( {fg} \right)\left( x \right) & = f\left( x \right)g\left( x \right)\\ & = \left( {2 + 3x - {x^2}} \right)\left( {2x - 1} \right)\\ & = 4x + 6{x^2} - 2{x^3} - 2 - 3x + {x^2}\\ & = - 2{x^3} + 7{x^2} + x - 2\end{align*}\]d \(\displaystyle \left( {\frac{f}{g}} \right)\left( 0 \right)\) Yechim
Ushbu yakuniy qismda bizda raqam bor, shuning uchun biz yana bir bor funktsiyani baholashni amalga oshiramiz.
\[\begin{align*}\left( {\frac{f}{g}} \right)\left( 0 \right) & = \frac{{f\left( 0 \right)}}{{g\left( 0 \right)}}\\ & = \frac{{2 + 3\left( 0 \right) - {{\left( 0 \right)}^2}}}{{2\left( 0 \right) - 1}}\\ & = \frac{2}{{ - 1}}\\ & = - 2\end{align*}\]Endi biz funktsiyalarni birlashtirishning yangi usulini muhokama qilishimiz kerak. Funktsiyalarni birlashtirishning yangi usuli deyiladi funktsiya tarkibi. Mana ta'rif.
\(f\left( x \right)\) va \(g\left( x \right)\) ikkita funktsiyani hisobga olgan holda biz quyidagi ikkita ta'rifga egamiz.
- tarkibi \(f\left( x \right)\) va \(g\left( x \right)\) (tartibga e'tibor bering) quyidagilar:
\(\left( {f \circ g} \right)\left( x \right) = f\left[ {g\left( x \right)} \right]\) - \(g\left( x \right)\) tarkibi va \(f\left( x \right)\) (yana tartibni e'tiborga oling) bu,
\(\left( {g \circ f} \right)\left( x \right) = g\left[ {f\left( x \right)} \right]\)
Funktsiya tarkibi haqida bu erda bir nechta narsaga e'tibor qaratishimiz kerak. Birinchidan, bu EMAS ko'paytirish. Belgilanish sizga nimani taklif qilishidan qat'i nazar, bu shunchaki ko'paytirish emas.
Ikkinchidan, biz ikkita funktsiyani sanab o'tgan tartib juda muhim, chunki ko'pincha biz ularni sanab o'tgan tartibga qarab har xil javoblarni olamiz.
Va nihoyat, funktsiya tarkibi haqiqatan ham funktsiyani baholashdan boshqa narsa emas. Haqiqatan ham biz qilayotgan narsa ro'yxatdagi ikkinchi funktsiyani ro'yxatdagi birinchi funktsiyaga ulashdir. Ta'riflarda biz juda ko'p qavslar to'plami bilan chalkashmaslik uchun standart \(\left( {} \right)\) o'rniga funktsiyani baholash uchun \(\left[ {} \right]\) dan foydalandik, ammo baholash xuddi shunday ishlaydi.
Keling, bir nechta misollarni ko'rib chiqaylik.
- \(\left( {fg} \right)\left( x \right)\)
- \(\left( {f \circ g} \right)\left( x \right)\)
- \(\left( {g \circ f} \right)\left( x \right)\)
a \(\left( {fg} \right)\left( x \right)\) Yechim
Bu biz birinchi misollar to'plamida ishlatgan funksiyalardir va biz bu qismni allaqachon bajarganmiz, shuning uchun bu erda barcha ishlarni qayta bajarmaymiz. Bu erda faqat funktsiya tarkibi funktsiyani ko'paytirish emasligini isbotlash uchun berilgan.
Mana bu ikki funktsiyaning ko'paytmasi.
\[\left( {fg} \right)\left( x \right) = - 2{x^3} + 7{x^2} + x - 2\]b \(\left( {f \circ g} \right)\left( x \right)\) Yechim
Endi funktsiya tarkibi uchun siz eslashingiz kerak bo'lgan yagona narsa shundaki, biz ro'yxatdagi ikkinchi funktsiyani ro'yxatdagi birinchi funktsiyaga ulaymiz. Agar siz doimo kompozitsiyaning asosiy formulasini yozishingiz kerakligini eslay olsangiz.
Mana bu funktsiya tarkibi.
\[\begin{align*}\left( {f \circ g} \right)\left( x \right) &= f\left[ {g\left( x \right)} \right]\\ & = f\left[ {2x - 1} \right]\end{align*}\]Endi e'tibor bering, bizda \(g\left( x \right)\) uchun formula mavjud bo'lganligi sababli, biz oldinga o'tdik va avval uni uladik. Bundan tashqari, biz birinchi navbatda bunday funktsiyani baholashni amalga oshirdik bo'limi funktsiyalarni ko'rib chiqdik. O'sha paytda, ehtimol, funktsiyani baholashning bunday turini ko'rib chiqish unchalik foydali bo'lmagandek tuyulardi, ammo bu erda.
Keling, bu muammoni hal qilaylik.
\[\begin{align*}\left( {f \circ g} \right)\left( x \right) &= f\left[ {g\left( x \right)} \right]\\ & = f\left[ {2x - 1} \right]\\ & = 2 + 3\left( {2x - 1} \right) - {\left( {2x - 1} \right)^2}\\ & = 2 + 6x - 3 - \left( {4{x^2} - 4x + 1} \right)\\ & = - 1 + 6x - 4{x^2} + 4x - 1\\ & = - 4{x^2} + 10x - 2\end{align*}\]E'tibor bering, bu ko'paytirishdan juda farq qiladi! Funktsiya tarkibi funktsiyani ko'paytirish emasligini unutmang.
c \(\left( {g \circ f} \right)\left( x \right)\) Yechim
Biz bu qismga batafsil ma'lumot bermaymiz, chunki u avvalgi qism bilan bir xil ishlaydi.
\[\begin{align*}\left( {g \circ f} \right)\left( x \right) &= g\left[ {f\left( x \right)} \right]\\ & = g\left[ {2 + 3x - {x^2}} \right]\\ & = 2\left( {2 + 3x - {x^2}} \right) - 1\\ & = 4 + 6x - 2{x^2} - 1\\ & = - 2{x^2} + 6x + 3\end{align*}\]E'tibor bering, bu ikkinchi qismdagi javob bilan bir xil emas. Aksariyat hollarda funktsiya tarkibini bajarish tartibi turli xil javoblarni beradi.
Oldingi misoldagi g'oyalar yana takrorlash uchun etarlicha muhim. Birinchidan, funktsiya tarkibi funktsiyani ko'paytirish EMAS. Ikkinchidan, funktsiya tarkibini bajarish tartibi muhim. Aksariyat hollarda biz boshqacha tartib bilan turli xil javoblarni olamiz. Shuni yodda tutingki, buyurtma qanday bo'lishidan qat'i nazar, biz bir xil javobni oladigan paytlar bor.
Keling, yana bir nechta misollarni ko'rib chiqaylik.
- \(\left( {f \circ h} \right)\left( x \right)\)
- \(\left( {h \circ f} \right)\left( x \right)\)
- \(\left( {f \circ f} \right)\left( x \right)\)
- \(\left( {h \circ h} \right)\left( 8 \right)\)
- \(\left( {f \circ h} \right)\left( 4 \right)\)
a \(\left( {f \circ h} \right)\left( x \right)\) Yechim
Bu erda formuladan o'tishdan boshqa narsa qilish kerak emas.
\[\begin{align*}\left( {f \circ h} \right)\left( x \right)& = f\left[ {h\left( x \right)} \right]\\ & = f\left[ {\sqrt {x + 1} } \right]\\ & = {\left( {\sqrt {x + 1} } \right)^2} - 3\\ & = x + 1 - 3\\ & = x - 2\end{align*}\]b \(\left( {h \circ f} \right)\left( x \right)\) Yechim
Shunga qaramay, bu erda qiladigan ko'p narsa yo'q.
\[\begin{align*}\left( {h \circ f} \right)\left( x \right) & = h\left[ {f\left( x \right)} \right]\\ & = h\left[ {{x^2} - 3} \right]\\ & = \sqrt {{x^2} - 3 + 1} \\ & = \sqrt {{x^2} - 2} \end{align*}\]c \(\left( {f \circ f} \right)\left( x \right)\) Yechim
Endi bu holda, bu erda ikkita funktsiya bir xil ekanligidan hayajonlanmang. Kompozitsiya xuddi shunday ishlaydi.
\[\begin{align*}\left( {f \circ f} \right)\left( x \right) & = f\left[ {f\left( x \right)} \right]\\ & = f\left[ {{x^2} - 3} \right]\\ & = {\left( {{x^2} - 3} \right)^2} - 3\\ & = {x^4} - 6{x^2} + 9 - 3\\ & = {x^4} - 6{x^2} + 6\end{align*}\]d \(\left( {h \circ h} \right)\left( 8 \right)\) Yechim
Bu holda, oldingi barcha misollardan farqli o'laroq, bizda \(x\) o'rniga qavs ichida raqam bor, lekin u xuddi shu tarzda ishlaydi.
\[\begin{align*}\left( {h \circ h} \right)\left( 8 \right) & = h\left[ {h\left( 8 \right)} \right]\\ & = h\left[ {\sqrt {8 + 1} } \right]\\ & = h\left[ {\sqrt 9 } \right]\\ & = h\left[ 3 \right]\\ & = \sqrt {3 + 1} \\ & = 2\end{align*}\]e \(\left( {f \circ h} \right)\left( 4 \right)\) Yechim
Shunga qaramay, bizda raqam bor. Bu safar ushbu baholashni amalga oshirishning ikkita usuli bor. Birinchisi, birinchi qismdagi natijalardan oddiygina foydalanish, chunki bu umumiy funktsiya tarkibi uchun formuladir.
Agar biz muammoni shu tarzda hal qilsak,
\[\left( {f \circ h} \right)\left( 4 \right) = 4 - 2 = 2\]Biz ham oldingi qismda bo'lgani kabi to'g'ridan-to'g'ri baholashni ham amalga oshirishimiz mumkin edi. Javoblar, ularni qanday olishimizdan qat'i nazar, bir xil bo'lishi kerak. Shunday qilib, bunday baholashning yana bir misolini olish uchun to'g'ridan-to'g'ri baholashni amalga oshiramiz.
\[\begin{align*}\left( {f \circ h} \right)\left( 4 \right) & = f\left[ {h\left( 4 \right)} \right]\\ & = f\left[ {\sqrt {4 + 1} } \right]\\ & = f\left[ {\sqrt 5 } \right]\\ & = {\left( {\sqrt 5 } \right)^2} - 3\\ & = 5 - 3\\ & = 2\end{align*}\]Shunday qilib, biz bir xil javob oldik, garchi uni olish uchun ko'proq mehnat kerak bo'lsa ham.
- \(\left( {f \circ g} \right)\left( x \right)\)
- \(\left( {g \circ f} \right)\left( x \right)\)
a \(\left( {f \circ g} \right)\left( x \right)\) Yechim
Umid qilamanki, shu paytgacha bular yomon emas.
\[\begin{align*}\left( {f \circ g} \right)\left( x \right) &= f\left[ {g\left( x \right)} \right]\\ & = f\left[ {\frac{x}{3} + \frac{2}{3}} \right]\\ & = 3\left( {\frac{x}{3} + \frac{2}{3}} \right) - 2\\ & = x + 2 - 2\\ & = x\end{align*}\]Bu yerda ishlar ancha soddalashtirilganga o'xshaydi.
b \(\left( {g \circ f} \right)\left( x \right)\) Yechim
Bu erda qilishimiz kerak bo'lgan yagona narsa formuladan foydalanish, shuning uchun buni qilaylik.
\[\begin{align*}\left( {g \circ f} \right)\left( x \right)& = g\left[ {f\left( x \right)} \right]\\ & = g\left[ {3x - 2} \right]\\ & = \frac{1}{3}\left( {3x - 2} \right) + \frac{2}{3}\\ & = x - \frac{2}{3} + \frac{2}{3}\\ & = x\end{align*}\]Shunday qilib, bu holda biz kompozitsiyani qanday tartibda qilganimizdan qat'i nazar, bir xil javobni olamiz.
Shunday qilib, biz ushbu oxirgi misoldan ko'rganimizdek, ba'zida ikkala kompozitsiyadan ham bir xil javob olish mumkin. Aslida, ikkala kompozitsiyaning javobi \(x\) bo'lsa, bu holatda bo'lgani kabi, biz bu ikki funktsiya juda maxsus funktsiyalar ekanligini bilamiz. Aslida, ular shu qadar o'ziga xoski, biz keyingi bo'limni ushbu turdagi funktsiyalarga bag'ishlaymiz. Shunday qilib, keling, keyingi bo'limga o'tamiz.