Función (matemáticas)

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Representación de una función que asocia los valores del dominio X con los valores del rango Y

En matemáticas , una función es una relación entre dos conjuntos , llamados dominio y codominio de la función, que asocia con cada elemento del dominio uno y solo un elemento del codominio.

Si los dos conjuntos se indican respectivamente con Y , la relación se indica con y el elemento asociado con a través de la función generalmente se indica con (pronunciado "efecto de x").

Descripción

Por tanto, la palabra función no se refiere sólo a la relación, sino a la tríada: relación, dominio y codominio. Por ejemplo: la función que asocia la raíz cuadrada de ese número a un número natural es diferente de la función que asocia la raíz cuadrada de ese número a un número entero (dependiendo de cómo se defina el rango, el segundo puede que ni siquiera sea correcto asociación). En muchos casos, cuando el dominio y el rango son claros del contexto, una función se expresa indicando solo la relación e implicando dominio y rango.

Se dice que es el argumento de la función, o un valor de la variable independiente, mientras que es un valor de la variable dependiente de la función.

Los sinónimos de la palabra función son aplicación y mapa. El término transformación se usa a menudo en campos geométricos para indicar una función. invertible y que conserva las propiedades geométricas de , Mientras que el operador a veces se usa en el tratamiento de funciones lineales entre espacios vectoriales .

Las funciones tienen un papel muy importante en todas las ciencias exactas . El concepto de dependencia funcional entre dos cantidades de hecho reemplaza, dentro de las teorías físicas y matemáticas, la causa y efecto, que, a diferencia del anterior, no concierne a las entidades teóricas sino directamente a los elementos de la realidad concreta. Si decimos, por ejemplo, que la presión de una determinada cantidad de gas perfecto es función de su temperatura y de su volumen, estamos haciendo una afirmación interna de un modelo termodinámico , mientras que la relación causa-efecto que se identifica entre los tres cantidades depende sustancialmente de las posibilidades de intervención concreta sobre ellas. Siguiendo con este ejemplo, el valor de la presión se ve más a menudo como consecuencia del valor de los otros dos parámetros, ya que generalmente es mucho más fácil intervenir sobre el volumen y la temperatura que directamente sobre la presión.

Ejemplos de

Los ejemplos más simples de función son aquellos para los que tanto el dominio como el codominio son conjuntos numéricos . Por ejemplo, si el doble de este número está asociado con cada número natural, tenemos una función, cuyo dominio está dado por naturales y cuyo rango está compuesto por naturales pares.

Sin embargo, hablamos de función incluso cuando el dominio o rango, o ambos, no son conjuntos numéricos. Si, por ejemplo, el círculo inscrito en él está asociado a cada triángulo del plano, también hay una función, ya que para cada triángulo hay uno y solo un círculo inscrito en él.

Además, a menudo hablamos de funciones con más argumentos o con más valores: por ejemplo, la función que en coordenadas un punto en el espacio equivale a temperatura y presion del aire. En este caso, la función en realidad siempre tiene un solo argumento, que es la tríada y siempre tiene un solo valor, que es el par

Definición

Dados dos conjuntos no vacíos Y , se llama la función from en una relación tal que para cada hay uno y solo un elemento tal que . Este elemento se denota tradicionalmente por : en otras palabras, en lugar de escribir puedes usar la escritura más tradicional:

El hecho de que es una función de en con el que se asocia el elemento se puede expresar por escrito:

El conjunto (de ahí la función "Toma" los valores) es el dominio de la función , mientras que todo (donde son los valores "devueltos" por la función ) Es el codominio de la función . [1]

Las expresiones "toman un valor" y "devuelven un valor" se refieren a un modelo mecánico de funciones, representadas como mecanismos que, dándoles un elemento del dominio, lo "transforman" en el elemento correspondiente del rango.

Imagen y contraimagen

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Imagen (matemáticas) .

Dada una función dominio y codominio Sin embargo, eligió un artículo dominio, se llama imagen el elemento correspondiente del rango, indicado con Del mismo modo, si es un elemento del rango que es una imagen de un elemento del dominio, es decir, si , se dice que es una imagen inversa de Mientras que cada elemento del dominio de se asigna una y solo una imagen, es posible que un elemento en el rango tenga varias imágenes de contador, o que no tenga ninguna. Por tanto, se define la "contraimagen" del elemento El conjunto

.

Uno mismo para cada se dice que es sobreyectiva , mientras que si contiene como máximo un elemento para cada se dice que es inyección . Si se aplican ambas condiciones, Se llama biyectiva o biyectiva.

El conjunto

de los elementos del rango para el que hay al menos un en el dominio que tiene como una imagen se dice imagen y se denota por o con . [2]

Otras notaciones para funciones

Por el valor de una función correspondiente a un elemento , denotable con la notación tradicional , también se utilizan otros dos scripts.

Por lo que surge la función de notación de prefijo

Por lo que surge lo que llamamos función sufijo de notación

A veces se utilizan corchetes en lugar de corchetes redondos:

Esto evita confusiones con paréntesis que indican el orden de las operaciones. Esta notación es utilizada por algunos programas de cálculo simbólico.

En las funciones de dos variables a veces se usa la notación infija, es decir

por ejemplo, en las operaciones habituales de suma y resta usamos para escribir Y en lugar de Y

Ampliación y restricción de una función

Dada una función Es un conjunto tal que , se dice que la función Es una 'extensión del conjunto f uno mismo

Dónde está Es la ' inclusión de en , dada por . Por el contrario, se dice que Es la restricción de al conjunto .

La restricción de una función a un conjunto contenido en su dominio generalmente se indica con .

Funciones de dos o más variables

Cuando el dominio de una función Es el producto cartesiano de dos o más conjuntos y, por tanto, la función actúa sobre -uples de elementos de conjuntos, luego la imagen vectorial de estos elementos se indica con la notación

En este caso, la función también se denomina vector de características . En este sentido, en física hablamos de campo .

Por ejemplo, considere la función de multiplicación que asocia un vector de dos números naturales Y a su producto: . Esta función se puede definir formalmente como tener para dominio , el conjunto de todos los pares de números naturales; también tenga en cuenta que en este caso la función es simétrica con respecto a las componentes del vector: y por lo tanto es una función de un conjunto en el que el orden de los elementos no importa. También son posibles otras variables y agrupaciones: por ejemplo, es extremadamente importante en el estudio de sistemas de ecuaciones diferenciales, la teoría de la función de matriz :

Operaciones binarias

Muchas operaciones binarias de ' aritmética , como la' suma y multiplicación , son funciones del producto cartesiano a los valores en Y se describen mediante la notación infija : escribe que (y no ) para describir la imagen de la pareja a través de la operación . [3]

Esta notación se generalizó a partir del ' álgebra moderna, para definir estructuras algebraicas como la del grupo en su conjunto equipado con algunas operaciones binarias que tienen ciertas propiedades.

Funciones de varios valores

Si el rango de una función es el producto cartesiano de dos o más conjuntos, esto puede indicarse como una función de valor vectorial . Estas variables a menudo se agregan en un vector ; en este sentido en física se nos llama campo vectorial .

Un ejemplo típico lo da una transformación lineal del plano , por ejemplo:

.

En cambio, una función se denomina polidroma en el caso de que haya al menos un elemento del dominio que corresponda a más de uno de los elementos del codominio. De hecho, estas funciones no entran dentro de la definición dada inicialmente, pero en algunos campos (por ejemplo, en el análisis complejo ) se amplía en este sentido. Un ejemplo de una función multivalor es la raíz cuadrada de un número real positivo, que se puede describir como una función

que asocia cada número real positivo l ' junto con sus dos raíces cuadradas. Un ejemplo similar es el logaritmo definido en el conjunto de números complejos . [4]

Tipología

En matemáticas y sustancialmente en todas sus aplicaciones, se encuentran numerosos tipos de funciones, que también tienen características muy diferentes, y que se clasifican según diferentes criterios.

Clasificación puramente establecida

Clasificación de funciones en la teoría de la computabilidad

Clasificación de funciones en el campo del ' análisis matemático

Algunas características notables

Funciones de interés probabilístico y estadístico

Operaciones elementales sobre funciones de una variable real con valores reales

Dada una función de variable real con valores reales y una constante , Las operaciones aritméticas elementales o en él son aplicables suma , resta , multiplicación , división , exponenciación , raíz n -ésima a saber:

uno mismo tu también tienes

uno mismo tu también tienes

y si entero mayor que 1, y si Igual también debe ser tenido , tu también tienes

Dar dos funciones Y de variable real con valores reales, son aplicables las operaciones aritméticas elementales referidas anteriormente, es decir:

uno mismo tu también tienes

uno mismo (o En el caso de ) también tiene

Composición

Dar dos funciones : Y : puede definir su composición : esto se define aplicando primero para y luego aplicando al resultado .

Esta nueva función se denota con (lee: "f compuesto g"). [ Sin fuente ] Riconducendoci la notación tradicional con las dos notaciones el resultado de la composición anterior aplicada al elemento x en el dominio podemos escribir [5]

Traducción

Dada una función de variable real con valores reales y una constante :

  • su traslación con respecto al eje a la derecha está
  • su traslación con respecto al eje a la izquierda está
  • su traslación con respecto al eje hacia arriba es
  • su traslación con respecto al eje abajo es

Simetría

Dada una función de variable real con valores reales:

  • el simétrico de con respecto al eje y es
  • el simétrico de con respecto al eje x es

Nota

  1. ^ Andrea Bacciotti, Fulvio Ricci, Análisis matemático , Liguori Editore Srl, 1994, p. 63.
  2. ^ Andrea Bacciotti, Fulvio Ricci, Análisis matemático , Liguori Editore Srl, 1994, p. 67.
  3. ^ Francesca Dalla Volta, Marco Rigoli, elementos de matemáticas discretas y álgebra lineal , Pearson Pearson Addison Mondad, 2007, p. 169.
  4. ^ Gazzola Ferrero Zanotti, elementos de análisis superiores en física e ingeniería , Aesculapius Publishing Company, 2007, págs. 127-128.
  5. ^ Andrea Bacciotti, Fulvio Ricci, Análisis matemático , Liguori Editore Srl, 1994, págs. 69-70.

Bibliografía

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