Elementarne funkcije
Svojstva realnih funkcija
Granična vrednost funkcije
Složena funkcija i inverzna funkcija
Leva i desna granična vrednost
Asimptote grafika funkcija
Funkcija f svakom broju x iz nekog skupa dodeljuje tačno jedan broj y. Pišemo y=f(x). Broj x je argument (nezavisno promenljiva), a y je vrednost funkcije. Skup svih brojeva x za koje funkcija ima smisla naziva se domen (oblast definisanosti) i označava se sa D ili Df. Skup svih vrednosti koje funkcija dostiže naziva se skup vrednosti (kodomen).
Grafik funkcije je skup svih tačaka (x,f(x)) u koordinatnoj ravni, gde x prolazi kroz ceo domen. Pošto svakom x odgovara tačno jedno y, svaka vertikalna prava seče grafik funkcije najviše jednom. Zato, na primer, kružnica nije grafik funkcije.
Elementarne funkcije su osnovne funkcije koje su prikazane u ovoj lekciji (linearna, kvadratna, koren, eksponencijalna, logaritamska, trigonometrijske i inverzne trigonometrijske), kao i sve funkcije koje se od njih dobijaju sabiranjem, oduzimanjem, množenjem, deljenjem i slaganjem. Na primer, y=x2−4 i y=log2(sinx+2) su elementarne funkcije. Ko dobro poznaje grafike osnovnih funkcija, može da skicira i grafike mnogo složenijih funkcija.
Linearna funkcija ima oblik
y=kx+n,k,n∈R.Definisana je za svako x∈R, a njen grafik je prava.
| Oznaka | Naziv | Šta određuje |
|---|---|---|
| k | koeficijent pravca | nagib prave: k=tgφ, gde je φ ugao koji prava zaklapa sa pozitivnim smerom x-ose |
| n | slobodni član | odsečak na y-osi: prava seče y-osu u tački A(0,n) |
Ponašanje funkcije zavisi od znaka koeficijenta k:
Za k=0 funkcija ima jednu nulu, koju dobijamo iz kx+n=0:
x0=−kn.Prave sa istim koeficijentom k su paralelne. Prava y=kx (tj. n=0) uvek prolazi kroz koordinatni početak, a prava y=kx+n je ista prava pomerena za n duž y-ose.
Primer: Nacrtati grafik funkcije y=−21x+2.
Prava je potpuno određena sa dve tačke, pa je najlakše uzeti preseke sa osama:
Pošto je k=−21<0, funkcija je opadajuća.
Kvadratna funkcija ima oblik
y=ax2+bx+c,a,b,c∈R, a=0.Definisana je za svako x∈R, a njen grafik je parabola.
gde je D diskriminanta. Realne nule postoje samo ako je D≥0.
Ako uvedemo oznake α=−2ab i β=4a4ac−b2, funkcija se može zapisati u kanonskom obliku
y=a(x−α)2+β.Iz njega se odmah vidi teme T(α,β). Kanonski oblik se dobija dopunjavanjem do potpunog kvadrata.
Znak koeficijenta a određuje kako je parabola okrenuta, a znak diskriminante koliko nula ima funkcija. Zato razlikujemo šest karakterističnih slučajeva.
| D>0 | D=0 | D<0 | |
|---|---|---|---|
| a>0 (otvor nagore) | seče x-osu u x1 i x2 | dodiruje x-osu u temenu | cela je iznad x-ose, nema nula |
| a<0 (otvor nadole) | seče x-osu u x1 i x2 | dodiruje x-osu u temenu | cela je ispod x-ose, nema nula |
Na prvom grafiku su sva tri slučaja za a>0, a na drugom za a<0.
Teme je uvek tačka u kojoj funkcija dostiže ekstremnu vrednost:
| Ekstrem u temenu | Monotonost | Skup vrednosti | |
|---|---|---|---|
| a>0 | minimum ymin=β | opada na (−∞,α], raste na [α,+∞) | [β,+∞) |
| a<0 | maksimum ymax=β | raste na (−∞,α], opada na [α,+∞) | (−∞,β] |
Primer: Nacrtati grafik funkcije y=x2−4x+3.
Ovde je a=1, b=−4, c=3.
Isti rezultat dobijamo dopunjavanjem do potpunog kvadrata:
x2−4x+3=(x2−4x+4)−4+3=(x−2)2−1.| x | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| y | 3 | 0 | −1 | 0 | 3 |
Teme ne mora da se računa iz formule za β. Dovoljno je naći α=−2ab i uvrstiti ga u funkciju: β=f(α). Ako funkcija ima dve nule, teme je tačno na sredini između njih: α=2x1+x2.
Funkcija y=nx, n∈N, n≥2, ponaša se različito u zavisnosti od toga da li je izložilac korena paran ili neparan.
| n paran (npr. y=x) | n neparan (npr. y=3x) | |
|---|---|---|
| Domen | x≥0 | x∈R |
| Skup vrednosti | [0,+∞) | R |
| Nula | x=0 | x=0 |
| Monotonost | rastuća | rastuća |
| Parnost | ni parna ni neparna | neparna |
Paran koren negativnog broja nije realan broj (ne postoji realan broj čiji je kvadrat −4), pa je zato domen ograničen. Neparan koren postoji za svaki realan broj, na primer 3−8=−2.
Pri crtanju korena biraj vrednosti x za koje se koren lako izračunava. Za y=x to su potpuni kvadrati 0,1,4,9, a za y=3x potpuni kubovi −8,−1,0,1,8.
Funkcija y=xk, k∈R, k=0, opisuje obrnutu proporcionalnost: kada se x poveća nekoliko puta, y se isto toliko puta smanji. Njen grafik je hiperbola.
Eksponencijalna funkcija ima oblik y=ax, a logaritamska y=logax, pri čemu u oba slučaja važi a>0 i a=1. Ove dve funkcije su međusobno inverzne: y=logax znači isto što i ay=x. Zato je dobro da se uče zajedno.
| y=ax | y=logax | |
|---|---|---|
| Domen | x∈R | x>0 |
| Skup vrednosti | (0,+∞) | R |
| Nula | nema, funkcija je uvek pozitivna | x0=1 |
| Karakteristične tačke | (0,1) i (1,a) | (1,0) i (a,1) |
| Asimptota | x-osa (y=0) | y-osa (x=0) |
| Za a>1 | rastuća | rastuća |
| Za 0<a<1 | opadajuća | opadajuća |
Grafik eksponencijalne funkcije uvek prolazi kroz tačku (0,1), jer je a0=1. Grafik logaritamske funkcije uvek prolazi kroz tačku (1,0), jer je loga1=0.
Grafici međusobno inverznih funkcija simetrični su u odnosu na pravu y=x. Tačka (1,2) leži na grafiku y=2x, a tačka (2,1) na grafiku y=log2x.
Znak logaritma se čita sa grafika. Za a>1 je logax<0 kada je 0<x<1, a logax>0 kada je x>1. Za 0<a<1 je obrnuto. Posebno su česte osnove a=10 (oznaka logx) i a=e≈2,718 (oznaka lnx), a obe su veće od 1.
Trigonometrijske funkcije su periodične: posle svakog perioda T vrednosti se ponavljaju, tj. f(x+T)=f(x). Ako je T period, onda je i svaki umnožak kT, k∈N, period. Najmanji pozitivan period naziva se osnovni period. U celoj tabeli je k∈Z.
| y=sinx | y=cosx | y=tgx | y=ctgx | |
|---|---|---|---|---|
| Domen | R | R | x=2π+kπ | x=kπ |
| Skup vrednosti | [−1,1] | [−1,1] | R | R |
| Osnovni period | 2π | 2π | π | π |
| Nule | x=kπ | x=2π+kπ | x=kπ | x=2π+kπ |
| ymax=1 za | x=2π+2kπ | x=2kπ | nema | nema |
| ymin=−1 za | x=23π+2kπ | x=π+2kπ | nema | nema |
| Vertikalne asimptote | nema | nema | x=2π+kπ | x=kπ |
| Parnost | neparna | parna | neparna | neparna |
Grafik funkcije y=sinx naziva se sinusoida. Pošto je
cosx=sin(x+2π),grafik kosinusa je ista sinusoida pomerena za 2π ulevo. Obe funkcije su ograničene, jer im vrednosti uvek leže između −1 i 1.
Funkcija y=tgx=cosxsinx nije definisana tamo gde je cosx=0, a y=ctgx=sinxcosx tamo gde je sinx=0. U tim tačkama grafici imaju vertikalne asimptote.
Funkcije y=sin(bx) i y=cos(bx) imaju osnovni period ∣b∣2π, a y=tg(bx) i y=ctg(bx) imaju osnovni period ∣b∣π. Na primer, y=sin2x ima period π, pa se njena sinusoida „sabija" dva puta po x-osi.
Funkcija ima inverznu funkciju samo ako različitim vrednostima x odgovaraju različite vrednosti y. Trigonometrijske funkcije to ne ispunjavaju, jer se njihove vrednosti periodično ponavljaju. Na primer, sin0=sinπ=0. Zato se svaka od njih posmatra samo na jednom intervalu na kome je monotona, i tek tada se traži inverzna funkcija.
| y=arcsinx | y=arccosx | y=arctgx | y=arcctgx | |
|---|---|---|---|---|
| Inverzna funkcija za | sinx, x∈[−2π,2π] | cosx, x∈[0,π] | tgx, x∈(−2π,2π) | ctgx, x∈(0,π) |
| Domen | [−1,1] | [−1,1] | R | R |
| Skup vrednosti | [−2π,2π] | [0,π] | (−2π,2π) | (0,π) |
| Monotonost | rastuća | opadajuća | rastuća | opadajuća |
| Horizontalne asimptote | nema | nema | y=−2π i y=2π | y=0 i y=π |
Zapis y=arcsinx znači: y je ugao iz intervala [−2π,2π] čiji je sinus jednak x. Na isti način se čitaju i ostale tri funkcije, svaka sa svojim intervalom iz reda „Skup vrednosti". Na primer:
arcsin21=6π,arccos(−21)=32π,arctg1=4π,arcctg(−1)=43π.Važe i veze
arcsinx+arccosx=2π,arctgx+arcctgx=2π.Iz sin43π=22 ne sledi arcsin22=43π. Vrednost arkus sinusa mora biti u intervalu [−2π,2π], pa je arcsin22=4π. Zato je arcsin(sinx)=x samo za x∈[−2π,2π].
Kada je funkcija zadata samo formulom, njen domen je skup svih realnih brojeva x za koje formula ima smisla, tj. za koje se sve operacije u njoj mogu izvršiti. Domen se određuje tako što se pronađu sve operacije koje nisu uvek dozvoljene i za svaku se zapiše uslov.
| Ako se u formuli pojavljuje | Uslov |
|---|---|
| razlomak BA | B=0 |
| koren parnog reda 2mA | A≥0 |
| logaritam logaA | A>0 (a ako osnova zavisi od x, još i a>0, a=1) |
| tgA | A=2π+kπ, k∈Z |
| ctgA | A=kπ, k∈Z |
| arcsinA ili arccosA | −1≤A≤1 |
Polinomi, koreni neparnog reda, eksponencijalna funkcija, sin, cos, arctg i arcctg definisani su za svaki realan broj, pa ne daju nikakav uslov.
Postupak je uvek isti:
Primer: Odrediti domen funkcije f(x)=x−1x+3.
Koren daje uslov x+3≥0, tj. x≥−3. Razlomak daje uslov x−1=0, tj. x=1. Presek je
D=[−3,1)∪(1,+∞).Primer: Odrediti domen funkcije f(x)=log2(4−x2).
Argument logaritma mora biti pozitivan: 4−x2>0, tj. x2<4. Odatle je
D=(−2,2).Primer: Odrediti domen funkcije f(x)=lnxx2−5x+6.
Postoje tri uslova:
Presek sva tri uslova je
D=(0,1)∪(1,2]∪[3,+∞).Primer: Odrediti domen funkcije f(x)=arcsin2x−1.
Argument arkus sinusa mora biti između −1 i 1:
−1≤2x−1≤1⟺−2≤x−1≤2⟺−1≤x≤3.Dakle, D=[−1,3].
Domen se određuje iz polazne formule, pre bilo kakvog skraćivanja ili primene pravila. Funkcija f(x)=x−1x2−1 ima domen R∖{1}. Posle skraćivanja dobija se x+1, ali tačka x=1 i dalje ne pripada domenu, pa je grafik prava y=x+1 bez tačke (1,2). Slično, logx2 je definisano za x=0, a 2logx samo za x>0.
Grafik ne treba crtati nasumičnim povezivanjem nekoliko tačaka. Bolje je prvo prikupiti osnovne informacije o funkciji, a zatim ih uneti u koordinatni sistem.
Veliki broj funkcija dobija se pomeranjem, preslikavanjem ili istezanjem grafika neke osnovne funkcije y=f(x). Neka je a>0 i b>0.
| Funkcija | Kako se dobija iz grafika y=f(x) |
|---|---|
| y=f(x)+b | pomeranje za b nagore |
| y=f(x)−b | pomeranje za b nadole |
| y=f(x−a) | pomeranje za a udesno |
| y=f(x+a) | pomeranje za a ulevo |
| y=−f(x) | simetrija u odnosu na x-osu |
| y=f(−x) | simetrija u odnosu na y-osu |
| y=c⋅f(x), c>0 | istezanje (c>1) ili sabijanje (0<c<1) duž y-ose |
| y=∣f(x)∣ | deo grafika ispod x-ose preslikava se simetrično iznad nje, ostalo ostaje isto |
| y=f(∣x∣) | deo grafika za x≥0 ostaje, a zatim se preslikava simetrično u odnosu na y-osu |
Pomeranje po x-osi ide u suprotnom smeru od znaka. Grafik y=(x−3)2 je parabola y=x2 pomerena za 3 udesno, jer se vrednost koju je y=x2 imala u x=0 sada dobija za x=3.
Primer: Nacrtati grafik funkcije y=x−2+1.
Osnovna funkcija je y=x. Grafik pomeramo za 2 udesno, pa dobijamo y=x−2, a zatim za 1 nagore. Domen je x−2≥0, tj. x≥2, a grafik počinje u tački (2,1).
| x | 2 | 3 | 6 | 11 |
|---|---|---|---|---|
| y | 1 | 2 | 3 | 4 |
Primer: Nacrtati grafik funkcije y=∣x2−2x−3∣.
Prvo crtamo parabolu y=x2−2x−3=(x−1)2−4. Njene nule su x1=−1 i x2=3, a teme je T(1,−4). Na intervalu (−1,3) parabola je ispod x-ose. Apsolutna vrednost taj deo preslikava simetrično iznad x-ose, pa teme prelazi u tačku (1,4). Delovi za x≤−1 i x≥3 ostaju nepromenjeni.
Primer: Nacrtati grafik funkcije y=x−1x+1 primenom celog plana.
Dakle, to je hiperbola y=x2 pomerena za 1 udesno i za 1 nagore. 3. Preseci sa osama: iz x+1=0 dobijamo nulu x=−1. Za x=0 je y=−1, pa je presek sa y-osom tačka (0,−1). 4. Asimptote: asimptote hiperbole y=x2 su x=0 i y=0. Posle pomeranja to su prave x=1 i y=1. 5. Tablica vrednosti:
| x | −3 | −1 | 0 | 2 | 3 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| y | 0,5 | 0 | −1 | 3 | 2 | 1,5 |
Pre crtanja proveri da li je funkcija parna ili neparna. Ako je f(−x)=f(x), grafik je simetričan u odnosu na y-osu, a ako je f(−x)=−f(x), simetričan je u odnosu na koordinatni početak. Tada je dovoljno nacrtati grafik za x≥0 i preslikati ga.
Spreman/na za vežbu?
182 zadataka te čeka