Processing math: 100%
Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.5: Трансформація функцій

Цілі навчання

  • Функції графа з використанням вертикальних і горизонтальних зсувів.
  • Функції графіка використовують відображення навколо осі x та осі y.
  • Визначте, чи є функція парною, непарною чи ні, з її графіка.
  • Графік функціонує за допомогою стискань і розтяжок.
  • Поєднуйте перетворення.

Всі ми знаємо, що плоске дзеркало дозволяє нам бачити точне зображення себе і того, що знаходиться позаду нас. Коли ми нахиляємо дзеркало, зображення, які ми бачимо, можуть зміщуватися горизонтально або вертикально. Але що відбувається, коли ми згинаємо гнучке дзеркало? Як і карнавальне дзеркало для веселощів, воно представляє нам спотворене зображення себе, розтягнуте або стиснене горизонтально чи вертикально. Подібним чином ми можемо спотворювати або трансформувати математичні функції, щоб краще адаптувати їх до опису об'єктів чи процесів у реальному світі. У цьому розділі ми розглянемо кілька видів перетворень.

альт
Малюнок1.5.1: (Кредит: «Місько» /Flickr)

Часто, коли задається задача, ми намагаємося змоделювати сценарій за допомогою математики у вигляді слів, таблиць, графіків і рівнянь. Один із методів, який ми можемо використовувати, - адаптувати основні графіки функцій інструментарію для побудови нових моделей для заданого сценарію. Існують систематичні способи зміни функцій для побудови відповідних моделей для проблем, які ми намагаємося вирішити.

Визначення вертикальних зрушень

Один простий вид перетворення передбачає зміщення всього графіка функції вгору, вниз, вправо або вліво. Найпростіший зсув - це вертикальний зсув, переміщення графіка вгору або вниз, оскільки це перетворення передбачає додавання позитивної або негативної константи до функції. Іншими словами, ми додаємо одну і ту ж константу до вихідного значення функції незалежно від вхідних даних. Для функції функціяg(x)=f(x)+kf(x) зсувається вертикальноk одиницями. Див. Рисунок1.5.2 для прикладу.

Вертикальний зсув на k=1 функції кореня куба f (x) =3√x.
Рисунок1.5.2: Вертикальнийk=1 зсув на функцію кореня кубаf(x)=3x.

Щоб допомогти вам візуалізувати концепцію вертикального зсуву, врахуйте цеy=f(x). Томуf(x)+k рівнозначнийy+k. Кожна одиницяy замінюється наy+k, томуy -value збільшується або зменшується в залежності від значенняk. В результаті виходить зсув вгору або вниз.

Визначення: Вертикальний зсув

Задана функціяf(x), нова функціяg(x)=f(x)+k, деk константа, є вертикальним зсувом функціїf(x). Всі вихідні значення змінюються заk одиницями. Якщоk позитивний, графік зміститься вгору. Якщоk негативний, графік зміститься вниз.

Приклад1.5.1: Adding a Constant to a Function

Щоб регулювати температуру в зеленій будівлі, вентиляційні отвори для повітряного потоку біля даху відкриваються і закриваються протягом дня. 1.5.3На малюнку показана площа відкритих вентиляційних отворівV (в квадратних футах) протягом дня в години після півночіt. Протягом літа менеджер об'єктів вирішує спробувати краще регулювати температуру, збільшивши кількість відкритих вентиляційних отворів на 20 квадратних футів протягом дня і ночі. Намалюйте графік цієї нової функції.

альт
Малюнок1.5.3

Рішення

Ми можемо намалювати графік цієї нової функції, додавши 20 до кожного з вихідних значень вихідної функції. Це матиме ефект зрушення графіка вертикально вгору, як показано на малюнку1.5.4.

альт
Малюнок1.5.4

Зверніть увагу, що на малюнку1.5.4, для кожного вхідного значення, вихідне значення збільшилася на 20, так що, якщо ми називаємо нову функціюS(t), ми могли б написати

S(t)=V(t)+20

Це позначення говорить нам, що для будь-якого значенняt,S(t) можна знайти, оцінюючи функціюV на тому ж вході, а потім додаючи 20 до результату. Це визначаєS як перетворення функціїV, в даному випадку вертикальний зсув вгору на 20 одиниць. Зверніть увагу, що при вертикальному зсуві вхідні значення залишаються однаковими і змінюються лише вихідні значення. Див1.5.1. Таблицю.

Таблиця1.5.1
t 0 8 10 17 19 24
V(t) 0 0 220 220 0 0
S(t) 20 20 240 240 20 20

Як...

Задано табличну функцію, створіть новий рядок для представлення вертикального зсуву.

  1. Визначте вихідний рядок або стовпець.
  2. Визначте величину зсуву.
  3. Додайте зсув до значення в кожній вихідній комірці. Додайте додатне значення для «вгору» або від'ємне значення для «вниз».

Приклад1.5.2: Shifting a Tabular Function Vertically

Функціяf(x) наведена в табл1.5.2. Створіть таблицю для функціїg(x)=f(x)3.

Таблиця1.5.2
x 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11

Рішення

Формулаg(x)=f(x)3 говорить нам, що ми можемо знайти вихідні значення,g віднімаючи 3 з вихідних значеньf. Наприклад:

f(x)=1Giveng(x)=f(x)3Given Transformationg(2)=f(2)3=13=2

Віднімаючи 3 з кожногоf(x) значення, ми можемо заповнити таблицю значень дляg(x) як показано в табл1.5.3.

Таблиця1.5.3
x 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11
g(x) -2 0 4 8

Аналіз

Як і у випадку з попереднім вертикальним зсувом, зверніть увагу, що вхідні значення залишаються незмінними, і змінюються лише вихідні значення.

Вправа1.5.1

Функціяh(t)=4.9t2+30t даєh висоту кулі (в метрах), кинутого вгору від землі черезt секунди. Припустимо, куля замість цього був кинутий з вершини 10-метрової будівлі. b(t)Зв'яжіть цю нову функцію висотиh(t), а потім знайдіть формулу дляb(t).

Відповідь

b(t)=h(t)+10=4.9t2+30t+10

Визначення горизонтальних зрушень

Ми щойно побачили, що вертикальний зсув - це зміна на виході, або зовні, функції. Тепер ми розглянемо, як зміни вхідних даних, на внутрішній стороні функції, змінюють її графік і значення. Зсув до вхідних даних призводить до переміщення графіка функції вліво або вправо в тому, що відомо як горизонтальний зсув, показаний на малюнку1.5.4.

альт
Малюнок1.5.4: Горизонтальний зсув функціїf(x)=3x. Зверніть увагу, щоh=1 зрушує графік вліво, тобто в бік від'ємних значеньx.

Наприклад, iff(x)=x2, тоg(x)=(x2)2 це нова функція. Кожен вхід зменшується на 2 перед квадратом функції. Результатом є те, що графік зміщений на 2 одиниці вправо, тому що нам потрібно буде збільшити попередній вхід на 2 одиниці, щоб отримати те саме вихідне значення, що вказано вf.

Визначення: Горизонтальний зсув

З огляду на функціюf, нова функціяg(x)=f(xh), деh константа, є горизонтальним зсувом функціїf. Якщоh позитивний, графік зміститься вправо. Якщоh від'ємний, графік зміститься вліво.

Приклад1.5.4: Adding a Constant to an Input

Повертаючись до нашого прикладу повітряного потоку будівлі з малюнка1.5.2, припустимо, що восени менеджер об'єктів вирішує, що початковий план вентиляції починається занадто пізно, і хоче розпочати всю програму вентиляції на 2 години раніше. Намалюйте графік нової функції.

Рішення

Ми можемо встановитиV(t), щоб бути оригінальною програмою іF(t) бути переглянутою програмою.

V(t)= the original venting plan

F(t)= starting 2 hrs sooner

На новому графіку кожен раз потік повітря такий же, як і вихідна функціяV була через 2 години. Наприклад, у вихідній функціїV потік повітря починає змінюватися о 8 годині ранку, тоді як для функціїF потік повітря починає змінюватися о 6 годині ранкуV(8)=F(6). Див1.5.5. Малюнок. Зверніть увагу також, що вентиляційні отвори вперше відкрилися220ft2 о 10 годині ранку за початковим планом, тоді як за новим планом вентиляційні отвори досягають220ft2 о 8 ранку, так щоV(10)=F(8).

В обох випадках ми бачимо це, тому щоF(t) починається на 2 години раніше,h=2. Це означає, що однакові вихідні значення досягаються, колиF(t)=V(t(2))=V(t+2).

альт
Малюнок1.5.5

Аналіз

Зверніть увагу, щоV(t+2) має ефект зрушення графіка вліво.

Горизонтальні зміни або «внутрішні зміни» впливають на область функції (вхід) замість діапазону і часто здаються контрінтуїтивними. Нова функціяF(t) використовує ті ж виходи, що іV(t), але відповідає цим виходам на входи на 2 години раніше, ніж ті зV(t). Сказавши інший спосіб, ми повинні додати 2 години на вхід,V щоб знайти відповідний вихід дляF:F(t)=V(t+2).

Як...

Задано табличну функцію, створіть новий рядок для представлення горизонтального зсуву.

  1. Визначте вхідний рядок або стовпець.
  2. Визначте величину зсуву.
  3. Додайте зсув до значення в кожній вхідній комірці.

Приклад1.5.5: Shifting a Tabular Function Horizontally

Функціяf(x) наведена в табл1.5.4. Створіть таблицю для функціїg(x)=f(x3).

Таблиця1.5.4
x 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11

Рішення

Формулаg(x)=f(x3) говорить нам, що вихідні значенняg збігаються з вихідним значенням,f коли вхідне значення на 3 менше вихідного значення. Наприклад, ми це знаємоf(2)=1. Щоб отримати такий же вихід з функціїg, нам знадобиться вхідне значення, яке на 3 більше. Ми вводимо значення, яке 3 більше дляg(x) тому, що функція забирає 3, перш ніж оцінювати функціюf.

g(5)=f(53)=f(2)=1

Продовжуємо з іншими значеннями, щоб створити Таблицю1.5.5.

Таблиця1.5.5
x 5 7 9 11
x3 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11
g(x) 1 3 7 11

Результатом є те, що функціяg(x) була зрушена вправо на 3. Зверніть увагу, що вихідні значення дляg(x) залишаються такими ж, як вихідні значення дляf(x), але відповідні вхідні значенняx, зміщені вправо на 3. Зокрема, 2 змістився на 5, 4 зміщений на 7, 6 зміщений на 9, а 8 зміщений на 11.

Аналіз

Малюнок1.5.6 представляє обидві функції. Ми бачимо горизонтальний зсув у кожній точці.

Графік точок з попередньої таблиці для f (x) та g (x) =f (x-3)
Малюнок1.5.6: Графік точок з попередньої таблиці дляf(x) іg(x)=f(x3)

Приклад1.5.6: Identifying a Horizontal Shift of a Toolkit Function

Рисунок1.5.7 представляє перетворення функції інструментаріюf(x)=x2. Пов'язати цю нову функціюg(x)f(x), а потім знайти формулу дляg(x).

Графік параболи
Малюнок1.5.7: Графік параболи

Рішення

Зверніть увагу, що графік ідентичний за формоюf(x)=x2 функції, алеx -значення зміщені вправо на 2 одиниці. Вершина колись була в(0,0), але тепер вершина знаходиться в(2,0). Графік являє собою основну квадратичну функцію, зсунуту на 2 одиниці вправо, так

g(x)=f(x2)

Зверніть увагу, як ми повинні ввести значення,x=2 щоб отримати вихідне значенняy=0;x значення -повинні бути на 2 одиниці більше через зсув вправо на 2 одиниці. Потім ми можемо використовувати визначенняf(x) функції, щоб написати формулу дляg(x) оцінкиf(x2).

f(x)=x2g(x)=f(x2)g(x)=f(x2)=(x2)2

Аналіз

Щоб визначити, чи є зсув+2 або2, розглянемо одну точку відліку на графіку. Для квадратичного зручно дивитися на точку вершини. У вихідній функції,f(0)=0. У нашій зрушеній функції,g(2)=0. Для отримання вихідного значення 0 з функції нам потрібно вирішитиf, чи буде працювати знак плюс або мінус для задоволенняg(2)=f(x2)=f(0)=0. Щоб це спрацювало, нам потрібно буде відняти 2 одиниці з наших вхідних значень.

Приклад1.5.7: Interpreting Horizontal versus Vertical Shifts

ФункціяG(m) дає кількість галонів газу, необхідних для проїздуm миль. ІнтерпретуватиG(m)+10 іG(m+10)

Рішення

G(m)+10можна інтерпретувати як додавання 10 до виходу, галонів. Це газ, необхідний для проїздуm миль, плюс ще 10 галонів газу. Графік вказував би вертикальний зсув.

G(m+10)можна інтерпретувати як додавання 10 до входу, миль. Отже, це кількість галонів газу, необхідного для проїзду на 10 миль більше, ніжm миль. Графік вказував би горизонтальний зсув.

Вправа1.5.7

Враховуючи функціюf(x)=x, графуйте вихідну функціюf(x) та перетворенняg(x)=f(x+2) на однакові осі. Це горизонтальний або вертикальний зсув? У який бік зсувається графік і на скільки одиниць?

Відповідь

Графікиf(x) іg(x) наведені нижче. Трансформація являє собою горизонтальний зсув. Функція зрушена вліво на 2 одиниці.

Графік функції квадратного кореня та функції квадратного фута горизонтального зсуву.
Малюнок1.5.8

Поєднання вертикальних і горизонтальних зсувів

Тепер, коли ми маємо дві трансформації, ми можемо об'єднати їх разом. Вертикальні зсуви - це зовнішні зміни, які впливають на значення вихідної(y) осі і зрушують функцію вгору або вниз. Горизонтальні зсуви - це зміни всередині, які впливають на значення вхідної(x) осі і зрушують функцію вліво або вправо. Поєднання двох типів зсувів призведе до зміни графіка функції вгору або вниз і вправо або вліво.

Як...

З огляду на функцію і вертикальний і горизонтальний зсув, намалюйте графік.

  1. Визначте вертикальні і горизонтальні зсуви за формулою.
  2. Вертикальний зсув є результатом константи, доданої до виводу. Перемістіть графік вгору для позитивної константи і вниз для негативної константи.
  3. Горизонтальний зсув виникає з константи, доданої до вхідних даних. Перемістіть графік вліво для позитивної константи і вправо для негативної константи.
  4. Застосовуйте зрушення до графіка в будь-якому порядку.

Приклад1.5.8: Graphing Combined Vertical and Horizontal Shifts

Даноf(x)=|x|, накидаємо графікh(x)=f(x+1)3.

Рішення

Функціяf є нашим інструментарієм функції абсолютного значення. Ми знаємо, що цей графік має форму V, з точкою в початку. Графікh перетворився двомаf способами:f(x+1) це зміна на внутрішній стороні функції, що дає горизонтальний зсув вліво на 1, а віднімання на 3 вf(x+1)3 - це зміна зовнішньої частини функції, що дає вертикальний зсув вниз на 3. Трансформація графіка проілюстрована на рисунку1.5.9.

Простежимо за однією точкою графікаf(x)=|x|.

  • Точка(0,0) трансформується спочатку зміщенням вліво на 1 одиницю:(0,0)(1,0)
  • Точка(1,0) трансформується далі, зміщуючи вниз 3 одиниці:(1,0)(1,3)
Графік абсолютної функції, <span translate=\ (y=|x|\), і як він був перетворений наy=|x+1|3 "src=» https://math.libretexts.org/@api/dek...01_05_009a.jpg "/>
Малюнок1.5.9: Графік абсолютної функціїy=|x|, і як вона була перетворена вy=|x+1|3

На малюнку1.5.10 показаний графікh.

Кінцева функція <span translate=\ (y=|x+1|-3\).» src=» https://math.libretexts.org/@api/dek...01_05_009b.jpg "/>
Малюнок1.5.10: Кінцева функціяy=|x+1|3.

Вправа1.5.8

Даноf(x)=|x|, накидаємо графікh(x)=f(x2)+4.

Відповідь
альт
Малюнок1.5.11

Приклад1.5.9: Identifying Combined Vertical and Horizontal Shifts

Напишіть формулу для графіка, показаного на малюнку1.5.12, який є перетворенням інструментарію функції квадратного кореня.

Графік функції квадратного кореня транспонований праворуч на одиницю і вгору 2.
Малюнок1.5.12: Графік функції квадратного кореня, перенесеної праворуч на одиницю і вгору 2.

Рішення

Графік функції інструментарію починається з початку, тому цей графік був зміщений на 1 вправо і вгору на 2. У функції позначення, ми могли б написати, що як

h(x)=f(x1)+2

Використовуючи формулу для функції квадратного кореня, ми можемо записати

h(x)=x1+2

Аналіз

Зверніть увагу, що це перетворення змінило область і діапазон функції. Цей новий граф має домен[1,) і діапазон[2,).

Вправа1.5.9

Напишіть формулу перетворення реципрокної функції інструментаріюf(x)=1x, яка зміщує графік функції на одну одиницю вправо і на одну одиницю вгору.

Відповідь

g(x)=1x1+1

Графічні функції з використанням роздумів про осі

Іншим перетворенням, яке можна застосувати до функції, є відображення над віссю x або y. Вертикальне відображення відображає графік вертикально по осі x, тоді як горизонтальне відображення відображає графік горизонтально по осі Y. Відбиття наведені на рис1.5.13.

Графік вертикального та горизонтального відображення функції..
Рисунок1.5.13: Графік вертикального та горизонтального відображення функції.

Зверніть увагу, що вертикальне відображення створює новий графік, який є дзеркальним відображенням базового або вихідного графіка навколо осі x. Горизонтальне відображення створює новий графік, який є дзеркальним відображенням базового або вихідного графіка навколо осі y.

Визначення: Роздуми

З огляду на функціюf(x), нова функціяg(x)=f(x) є вертикальним відображенням функціїf(x), іноді називається відображенням про (або над, або через) вісь x.

З огляду на функціюf(x), нова функціяg(x)=f(x) - це горизонтальне відображення функціїf(x), яке іноді називають відображенням навколо осі y.

Як...

Задано функцію, відображати графік як вертикально, так і по горизонталі.

  1. Помножте всі виходи на —1 для вертикального відображення. Новий графік є відображенням вихідного графіка навколо осі x.
  2. Помножте всі вхідні дані на —1 для горизонтального відображення. Новий графік є відображенням вихідного графіка навколо осі y.

Приклад1.5.10: Reflecting a Graph Horizontally and Vertically

Відобразіть графікs(t)=t (а) по вертикалі і (б) по горизонталі.

Рішення

a Відображення графіка по вертикалі означає, що кожне вихідне значення буде відображено над горизонтальною віссю t, як показано на малюнку1.5.14.

Графік вертикального відображення функції квадратного кореня.
Рисунок1.5.14: Графік вертикального відображення функції квадратного кореня.

Оскільки кожне вихідне значення протилежне вихідному значенню, ми можемо записати

V(t)=s(t) or V(t)=t

Зверніть увагу, що це зовнішня зміна, або вертикальний зсув, що впливає на вихідніs(t) значення, тому негативний знак належить поза функцією.

b Відображення по горизонталі означає, що кожне вхідне значення буде відображатися над вертикальною віссю, як показано на малюнку1.5.15.

Графік горизонтального відображення функції квадратного кореня.
Малюнок1.5.15: Горизонтальне відображення функції квадратного кореня

Оскільки кожне вхідне значення протилежне вихідному вхідному значенню, ми можемо написати

H(t)=s(t) or H(t)=t

Зверніть увагу, що це внутрішня зміна або горизонтальна зміна, яка впливає на вхідні значення, тому негативний знак знаходиться всередині функції.

Зверніть увагу, що ці перетворення можуть впливати на область і діапазон функцій. Хоча оригінальна функція квадратного кореня має область[0,) і діапазон[0,), вертикальне відображення даєV(t) функції діапазон,(,0] а горизонтальне відображення даєH(t) функцію області(,0].

Вправа1.5.5

Відобразіть графікf(x)=|x1| (а) по вертикалі і (б) по горизонталі.

Відповідь

а.

Графік вертикально відображеної абсолютної функції.
Рисунок1.5.16: Графік вертикально відображеної абсолютної функції.

б.

Графік абсолютної функції перекладено на одну одиницю ліворуч.
Рисунок1.5.17: Графік абсолютної функції перекладено на одну одиницю ліворуч.

Приклад1.5.11: Reflecting a Tabular Function Horizontally and Vertically

Функціяf(x) задається як Таблиця1.5.6. Створіть таблицю для функцій нижче.

а.g(x)=f(x)
б.h(x)=f(x)

Таблиця1.5.6
x 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11

а Дляg(x), негативний знак поза функцією вказує на вертикальне відображення, тому значення x залишаються однаковими, і кожне вихідне значення буде протилежним вихідному значенню. Див1.5.7. Таблицю.

Таблиця1.5.7
x 2 4 6 8
g(x) -1 -3 -7 -11

б Дляh(x), негативний знак всередині функції вказує на горизонтальне відображення, тому кожне вхідне значення буде протилежним початковому вхідному значенню, аh(x) значення залишаються такими ж, як іf(x) значення. Див1.5.8. Таблицю.

Таблиця1.5.8
x -2 -4 -6 -8
h(x) 1 3 7 11

Вправа1.5.6

Функціяf(x) задається як Таблиця1.5.9. Створіть таблицю для функцій нижче.

а.g(x)=f(x)
б.h(x)=f(x)

Таблиця1.5.9
x -2 0 2 4
f(x) 5 10 15 20
Відповідь

а.g(x)=f(x)

Таблиця1.5.10
x -2 0 2 4
g(x) -5 -10 -15 -20

б.h(x)=f(x)

Таблиця1.5.11
x -2 0 2 -4
h(x) 15 10 5 20

Приклад1.5.12: Applying a Learning Model Equation

Загальна модель навчання має рівняння,k подібне доk(t)=2t+1, де відсоток майстерності, який може бути досягнутий післяt практичних занять. Це перетворення функції,f(t)=2t показаної на рис1.5.18. Намалюйте графікk(t).

Графік перекладу <span =\ (k (t)\)» src=» https://math.libretexts.org/@api/dek..._01_05_016.jpg "/>
Малюнок1.5.18: Графікk(t)

Рішення

Це рівняння об'єднує три перетворення в одне рівняння.

  • Горизонтальне відображення:f(t)=2t
  • Вертикальне відображення:f(t)=2t
  • Вертикальний зсув:f(t)+1=2t+1

Ми можемо намалювати графік, застосовуючи ці перетворення по одному до вихідної функції. Давайте простежимо два пункти через кожну з трьох перетворень. Ми виберемо точки(0,1) і(1,2).

  • Спочатку застосовуємо горизонтальне відображення:(0,1)(1,2).
  • Потім наносимо вертикальне відображення:(0,1)(1,2).
  • Нарешті, застосовуємо вертикальний зсув:(0,0)(1,1).

Це означає, що початкові точки,(0,1) і(1,2) стають(0,0) і(1,1) після того, як ми застосовуємо перетворення.

На1.5.19 малюнку перший графік виходить з горизонтального відображення. Друге є результатом вертикального відображення. Третій виходить від вертикального зсуву вгору на 1 одиницю.

Графіки всіх перетворень.
Малюнок1.5.19: Графіки всіх перетворень.

Аналіз

Як модель для навчання, ця функція буде обмежена областюt0, з відповідним діапазоном[0,1).

Вправа1.5.7

Задано функцію-інструментарійf(x)=x2, графg(x)=f(x) іh(x)=f(x). Зверніть увагу на будь-яку дивовижну поведінку цих функцій.

Відповідь
Графік x^2 та його відображення.
Малюнок1.5.20: Графікx2 і його відображення.

Зверніть увагу:g(x)=f(x) виглядає так само, якf(x).

Визначення парних і непарних функцій

Деякі функції проявляють симетрію, так що відображення призводять до вихідного графіка. Наприклад, горизонтально відображаючи функції інструментаріюf(x)=x2 абоf(x)=|x| призведе до вихідного графіка. Ми говоримо, що ці типи графіків симетричні щодо осі y. Функції, графіки яких симетричні щодо осі y, називаються парними функціями.

Якби графікиf(x)=x3 абоf(x)=1x були відображені над обома осями, результатом буде вихідний графік, як показано на малюнку1.5.21.

Графік перекладу <span =\ (x^3\) і його відображення.» src=» https://math.libretexts.org/@api/dek..._05_021abc.jpg "/>
Рисунок1.5.21: (a) Функція кубічного інструментарію (b) Горизонтальне відображення функції кубічного інструментарію (c) Горизонтальні та вертикальні відбиття відтворюють вихідну кубічну функцію.

Ми говоримо, що ці графіки симетричні щодо походження. Функція з графом, симетричним щодо походження, називається непарною функцією.

Примітка: Функція не може бути ні парною, ні непарною, якщо вона не проявляє жодної симетрії. Наприклад, неf(x)=2x є ні парним, ні непарним. Також єдиною функцією, яка є і парною, і непарною, є постійна функціяf(x)=0.

Визначення: парні та непарні функції

Функція називається парною функцією, якщо для кожного входуx

f(x)=f(x)

Графік парної функції симетричний щодо осі y.

Функція називається непарною функцією, якщо для кожного входуx

f(x)=f(x)

Графік непарної функції симетричний щодо походження.

Як...

Задано формулу для функції, визначте, чи є функція парною, непарною чи ні.

  1. Визначте, чи задовольняє функціяf(x)=f(x). Якщо це так, то навіть.
  2. Визначте, чи задовольняє функціяf(x)=f(x). Якщо це так, це непарно.
  3. Якщо функція не задовольняє жодному правилу, вона не є ні парною, ні непарною.

Приклад1.5.13: Determining whether a Function Is Even, Odd, or Neither

Функціяf(x)=x3+2x парна, непарна чи ні?

Рішення

Не дивлячись на графік, ми можемо визначити, чи функція парна чи непарна, знайшовши формули для відображень та визначаючи, чи повертають вони нас до вихідної функції. Почнемо з правила для парних функцій.

f(x)=(x)3+2(x)=x32x

Це не повертає нас до початкової функції, тому ця функція навіть не є. Тепер ми можемо перевірити правило для непарних функцій.

f(x)=(x32x)=x3+2x

Тому щоf(x)=f(x), це непарна функція.

Аналіз

Розглянемо графікf на рис1.5.22. Зверніть увагу, що графік симетричний щодо походження. Для кожної точки(x,y) на графіку відповідна точка також(x,y) знаходиться на графіку. Наприклад,(1,3) знаходиться на графікуf, а відповідна точка також(1,3) знаходиться на графіку.

Графік перекладу <span =\ (f (x)\) з позначеними точками в(1,3) і(1,3) "src=» https://math.libretexts.org/@api/dek..._01_05_039.jpg "/>
Малюнок1.5.22: Графікf(x) з позначеними точками в(1,3) і(1,3).

Вправа1.5.8

Функціяf(s)=s4+3s2+7 парна, непарна чи ні?

Відповідь

навіть

Графічні функції з використанням розтяжок і стиснень

Додавання константи до входів або виходів функції змінювало положення графіка щодо осей, але це не вплинуло на форму графіка. Тепер ми досліджуємо ефекти множення входів або виходів на деяку кількість.

Ми можемо перетворити всередині (вхідні значення) функції або ми можемо перетворити зовнішні (вихідні значення) функції. Кожна зміна має певний ефект, який можна побачити графічно.

Вертикальні розтяжки і стиснення

Коли ми множимо функцію на позитивну константу, ми отримуємо функцію, графік якої розтягнутий або стиснутий вертикально по відношенню до графіка вихідної функції. Якщо константа більше 1, ми отримуємо вертикальне розтягнення; якщо константа знаходиться в межах від 0 до 1, отримуємо вертикальне стиснення. 1.5.23На малюнку показана функція, помножена на постійні коефіцієнти 2 і 0,5 і отримані вертикальні розтягування і стиснення.

Графік функції, яка показує вертикальне розтягування та стиснення.
Малюнок1.5.23: Вертикальне розтягування і стиснення

Визначення: Вертикальні розтяжки та стиснення

З огляду на функціюf(x), нова функціяg(x)=af(x), деa константа, є вертикальним розтягуванням або вертикальним стисненням функціїf(x).

  • Якщоa>1, то графік буде розтягнутий.
  • Якщо0<a<1, то графік буде стиснутий.
  • Якщоa<0, то буде поєднання вертикальної розтяжки або стиснення з вертикальним відображенням.

Як...

Дано функцію, графік її вертикального розтягування.

  1. Визначте значенняa.
  2. Помножити всі значення діапазону наa
  3. Якщоa>1, графік розтягується на коефіцієнтa.
  4. Якщо0<a<1, графік стискається в коефіцієнтa.
  5. Якщоa<0, графік або розтягується, або стискається, а також відбивається про вісь x.

Приклад 1.5.14: Графік вертикального розтягування

ФункціяP(t) моделює популяцію дрозофіл. Графік наведено на малюнку1.5.24.

Графік для представлення зростання популяції дрозофіл.
Малюнок1.5.24: Графік для представлення зростання популяції дрозофіл.

Вчений порівнює цю популяцію з іншою популяцієюQ, зростання якої йде за тією ж схемою, але в два рази більше. Намалюйте графік цієї сукупності.

Рішення

Оскільки кількість населення завжди вдвічі більша, вихідні значення нової популяції завжди вдвічі перевищують вихідні значення вихідної функції. Графічно це показано на малюнку1.5.25.

Якщо ми виберемо чотири опорні точки(0,1),(3,3),,(6,2) і(7,0) ми помножимо всі виходи на 2.

Нижче показано, де будуть розташовані нові точки для нового графіка.

(0,1)(0,2)

(3,3)(3,6)

(6,2)(6,4)

(7,0)(7,0)

Графік функції популяції подвоївся.
Малюнок1.5.25: Графік функції популяції подвоюється.

Символічно відносини пишуться як

Q(t)=2P(t)

Це означаєt, що для будь-якого входу значення функціїQ в два рази перевищує значення функціїP. Зверніть увагу, що ефект на графіку є вертикальним розтягуванням графіка, де кожна точка подвоює свою відстань від горизонтальної осі. Вхідні значення залишаються незміннимиt, а вихідні значення вдвічі більші, ніж раніше.

Як...

З огляду на табличну функцію і припускаючи, що перетворення є вертикальним розтягуванням або стисненням, створіть таблицю для вертикального стиснення.

  1. Визначте значенняa.
  2. Помножте всі вихідні значення наa.

Приклад1.5.15: Finding a Vertical Compression of a Tabular Function

Функціяf задається як Таблиця1.5.12. Створіть таблицю для функціїg(x)=12f(x).

Таблиця1.5.12
x 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11

Рішення

Формулаg(x)=12f(x) говорить нам, що вихідні значенняg є половиною вихідних значеньf з однаковими входами. Наприклад, ми це знаємоf(4)=3. Тоді

g(4)=12f(4)=12(3)=32

Ми робимо те ж саме для інших значень, щоб створити таблицю1.5.13.

Таблиця1.5.13
x 2 4 6 8
g(x) 12 32 72 112

Аналіз

Результатом є те, що функціяg(x) була стиснута вертикально12. Кожне вихідне значення ділиться навпіл, тому графік дорівнює половині початкової висоти.

Вправа1.5.9

Функціяf задається як Таблиця1.5.14. Створіть таблицю для функціїg(x)=34f(x).

Таблиця1.5.14
x 2 4 6 8
f(x) 12 16 20 0
Відповідь
Таблиця1.5.15
x 2 4 6 8
g(x) 9 12 15 0

Приклад1.5.16: Recognizing a Vertical Stretch

Графік на малюнку1.5.26 є перетворенням функції інструментаріюf(x)=x3. Пов'язати цю нову функціюg(x)f(x), а потім знайти формулу дляg(x).

[Графік перетворення <span translate=\ (f (x) =х^3\)» src=» https://math.libretexts.org/@api/dek..._01_05_027.jpg "/>
Малюнок1.5.26: Графік перетворенняf(x)=x3

При спробі визначити вертикальний розтяг або зсув корисно шукати точку на графіку, яка є відносно чіткою. На цьому графіку, здається, щоg(2)=2. З основною кубічною функцією на одному вході,f(2)=23=8. Виходячи з цього, виявляється, що виходиg є14 виходами функції,f тому щоg(2)=14f(2). З цього можна досить сміливо зробити висновок, щоg(x)=14f(x).

Ми можемо написатиg формулу для, використовуючи визначення функціїf.

g(x)=14f(x)=14x3.

Вправа1.5.1

Запишіть формулу для функції, яку ми отримуємо, коли розтягуємо функцію інструментарію ідентичності на коефіцієнт 3, а потім зрушуємо її вниз на 2 одиниці.

Відповідь

g(x)=3x2

Горизонтальні розтяжки і стиснення

Тепер ми розглянемо зміни всередині функції. Коли ми множимо вхід функції на позитивну константу, ми отримуємо функцію, графік якої розтягується або стискається горизонтально по відношенню до графіка вихідної функції. Якщо константа знаходиться в межах від 0 до 1, ми отримуємо горизонтальне розтягнення; якщо константа більше 1, отримуємо горизонтальне стиснення функції.

Графік вертикального розтягування та стиснення x^2.
Малюнок1.5.27: Графік вертикального розтягування і стисненняx2.

З огляду на функціюy=f(x), формаy=f(bx) призводить до горизонтального розтягування або стиснення. Розглянемо функціюy=x2. Дотримуйтесь Малюнок1.5.27. Графікy=(0.5x)2 - горизонтальне розтягнення графіка функціїy=x2 в 2 рази. Графікy=(2x)2 - це горизонтальне стиснення графіка функціїy=x2 в 2 рази.

Визначення: Горизонтальні розтяжки та стиснення

З огляду на функціюf(x), нова функціяg(x)=f(bx), деb константа, є горизонтальним розтягуванням або горизонтальним стисненням функціїf(x).

  • Якщоb>1, то графік буде стиснутий на1b.
  • Якщо0<b<1, то графік буде розтягнутий на1b.
  • Якщоb<0, то буде поєднання горизонтального розтягування або стиснення з горизонтальним відображенням.

Як...

Давши опис функції, намалюйте горизонтальне стиснення або розтягування.

  1. Напишіть формулу для представлення функції.
  2. Встановітьg(x)=f(bx) деb>1 для стиснення або0<b<1 для розтяжки.

Приклад1.5.17: Graphing a Horizontal Compression

Припустимо, вчений порівнює популяцію плодових мух з популяцією, яка прогресує протягом свого життя вдвічі швидше, ніж початкова популяція. Іншими словами, ця нова популяція буде прогресувати за 1 годину стільки жR, скільки це робить вихідне населення за 2 години, а через 2 години воно буде прогресувати стільки, скільки це робить вихідне населення за 4 години. Намалюйте графік цієї сукупності.

Рішення

Символічно, ми могли б написати

R(1)=P(2),R(2)=P(4),and in general,R(t)=P(2t).

Див. Рисунок1.5.28 для графічного порівняння вихідної сукупності та стисненої популяції.

Два пліч-о-пліч графіки. Перший граф має функцію для вихідної сукупності, область якої [0,7] і діапазон [0,3]. Максимальне значення відбувається при (3,3). Другий графік має таку ж форму, як і перший, за винятком того, що він вдвічі менше ширини. Це графік трансформованої сукупності, з доменом [0, 3,5] і діапазоном [0,3]. Максимум припадає на (1,5, 3).
Рисунок1.5.28: (a) Оригінальний графік популяції (b) Стиснутий графік популяції

Аналіз

Зауважте, що ефект на графіку є горизонтальним стисненням, де всі вхідні значення складають половину початкової відстані від вертикальної осі.

Приклад1.5.18: Finding a Horizontal Stretch for a Tabular Function

Функціяf(x) задається як Таблиця1.5.16. Створіть таблицю для функціїg(x)=f(12x).

Таблиця1.5.16
x 2 4 6 8
f(x) 1 3 7 11

Формулаg(x)=f(12x) говорить нам, що вихідні значення дляg збігаються з вихідними значеннями для функціїf на вході в половину розміру. Зверніть увагу, що у нас недостатньо інформації, щоб визначитиg(2) томуg(2)=f(122)=f(1), що, і ми не маємо значення дляf(1) нашої таблиці. Наші вхідні значення повинні бути в два рази більше, щоб отримати вхідні дані дляf того, що ми можемо оцінити.g Наприклад, ми можемо визначитиg(4).

g(4)=f(124)=f(2)=1

Ми робимо те ж саме для інших значень, щоб створити таблицю1.5.17.

Таблиця1.5.17
x 4 8 12 16
g(x) 1 3 7 11

1.5.29На малюнку показані графіки обох цих наборів точок.

Графік попередньої таблиці.
Малюнок1.5.29: Графік попередньої таблиці.

Аналіз

Оскільки кожне вхідне значення було подвоєно, результатом є те, що функціяg(x) була розтягнута горизонтально в 2 рази.

Приклад1.5.19: Recognizing a Horizontal Compression on a Graph

g(x)Пов'язати функцію зf(x) на малюнку1.5.30.

Графік перекладу <span =\ (f (x)\) стискається вертикально доg(x).» src=» https://math.libretexts.org/@api/dek..._01_05_032.jpg "/>
Малюнок1.5.30: Графікf(x) стиснення вертикально доg(x).

Рішення

Графікg(x) виглядає як графікf(x) горизонтально стиснутого. Оскількиf(x) закінчується на (6,4) іg(x) закінчується на (2,4), ми можемо бачити, що значення x були стиснуті13, тому що6(13)=2. Ми також можемо помітити, щоg(2)=f(6) іg(1)=f(3). У будь-якому випадку, ми можемо описати ці відносини якg(x)=f(3x). Це горизонтальне стиснення по13.

Аналіз

Зверніть увагу, що коефіцієнт, необхідний для горизонтального розтягування або стиснення, є зворотним розтягування або стиснення. Отже, щоб розтягнути графік по горизонталі на коефіцієнт масштабу 4, нам потрібен коефіцієнт14 в нашій функції:f(14x). Це означає, що вхідні значення повинні бути в чотири рази більше, щоб отримати той самий результат, вимагаючи, щоб вхід був більшим, викликаючи горизонтальне розтягування.

Вправа1.5.11

Напишіть формулу для інструментарію функції квадратного кореня горизонтально розтягнутої в 3 рази.

Відповідь

g(x)=f(13x), Таким чином, використовуючи функцію квадратного кореня ми отримуємоg(x)=13x

Виконання послідовності перетворень

При комбінуванні перетворень дуже важливо враховувати порядок перетворень. Наприклад, вертикальне зсув на 3, а потім вертикально розтягування на 2 не створює такий же графік, як вертикальне розтягування на 2, а потім вертикально зсувається на 3, тому що коли ми спочатку зрушуємо, і вихідна функція, і зрушення розтягуються, тоді як тільки вихідна функція розтягується, коли ми спочатку розтягуємо.

Коли ми бачимо такий вираз2f(x)+3, як, з якої трансформації ми повинні почати? Відповідь тут випливає красиво з порядку операцій. З огляду на вихідне значенняf(x), ми спочатку множимо на 2, викликаючи вертикальне розтягування, а потім додаємо 3, викликаючи вертикальний зсув. Іншими словами, множення перед додаванням.

Горизонтальні перетворення трохи складніше думати. Коли ми пишемоg(x)=f(2x+3), наприклад, ми повинні думати про те, як входи до функціїg відносяться до входів до функціїf. Припустимо, ми знаємоf(7)=12. Який вхідg буде виробляти цей вихід? Іншими словами, яке значенняx дозволитьg(x)=f(2x+3)=12? нам знадобиться2x+3=7. Щоб вирішити дляx, ми спочатку віднімаємо 3, в результаті чого горизонтальний зсув, а потім ділимо на 2, викликаючи горизонтальне стиснення.

Цей формат в кінцевому підсумку дуже важко працювати, оскільки зазвичай набагато простіше горизонтально розтягнути графік перед зміщенням. Ми можемо обійти це шляхом факторингу всередині функції.

f(bx+p)=f(b(x+pb))

Давайте попрацюємо на прикладі.

f(x)=(2x+4)2

Ми можемо врахувати 2.

f(x)=(2(x+2))2

Тепер ми можемо більш чітко спостерігати горизонтальний зсув вліво на 2 одиниці і горизонтальне стиснення. Факторинг таким чином дозволяє спочатку горизонтально розтягуватися, а потім зсуватися по горизонталі.

Поєднання перетворень

  • При об'єднанні вертикальних перетворень, написаних у форміaf(x)+k, спочатку вертикально розтягують на,a а потім по вертикалі зрушують наk.
  • При комбінуванні горизонтальних перетворень, написаних у форміf(bx+h), спочатку горизонтально зрушують на,h а потім горизонтально розтягують на1b.
  • При комбінуванні горизонтальних перетворень, написаних у форміf(b(x+h)), спочатку горизонтально розтягують на,1b а потім горизонтально зрушують наh.
  • Горизонтальні і вертикальні перетворення незалежні. Неважливо, горизонтальні або вертикальні перетворення виконуються першими.

Приклад1.5.20: Finding a Triple Transformation of a Tabular Function

Дано таблицю1.5.18 для функціїf(x), створіть таблицю значень функціїg(x)=2f(3x)+1.

Таблиця1.5.18
x 6 12 18 24
f(x) 10 14 15 17

Рішення

Є три кроки до цього перетворення, і ми будемо працювати зсередини назовні. Починаючи з горизонтальних перетворень,f(3x) це горизонтальне стиснення на13, що означає множимо кожнеx -значення на13 .Див1.5.19. Таблицю.

Таблиця1.5.19
x 2 4 6 8
f(3x) 10 14 15 17

Дивлячись тепер до вертикальних перетворень, почнемо з вертикальної розтяжки, яка помножить вихідні значення на 2. Застосовуємо це до попереднього перетворення. Див1.5.20. Таблицю.

Таблиця1.5.20
x 2 4 6 8
2f(3x) 20 28 30 34

Нарешті, ми можемо застосувати вертикальний зсув, який додасть 1 до всіх вихідних значень. Див1.5.21. Таблицю.

Таблиця1.5.21
x 2 4 6 8
g(x)=2f(3x)+1+1 21 29 31 35

Приклад1.5.21: Finding a Triple Transformation of a Graph

Використовуйте графік наf(x) малюнку1.5.31 для ескізу графікаk(x)=f(12x+1)3.

Графік півкола.
Малюнок1.5.31: Графік півкола.

Щоб спростити, давайте почнемо з факторингу всередині функції.

f(12x+1)3=f(12(x+2))3

Враховуючи внутрішню частину, ми можемо спочатку горизонтально розтягнути на 2, як12 зазначено на внутрішній стороні функції. Пам'ятайте, що подвійний розмір 0 все ще дорівнює 0, тому точка(0,2) залишається в той(0,2) час як точка(2,0) буде розтягуватися до(4,0). Див1.5.32. Малюнок.

альт
Малюнок1.5.32: Графік вертикального розтягування півкола.

Далі горизонтально зрушуємо вліво на 2 одиниці, як зазначеноx+2. Див1.5.33. Малюнок.

альт
Малюнок1.5.33: Графік вертикального розтягування та перекладеного півкола.

Нарешті, ми вертикально зрушуємо вниз на 3, щоб завершити наш ескіз, як вказує −3 на зовнішній стороні функції. Див1.5.34. Малюнок.

альт
Малюнок1.5.34: Графік вертикального розтягування та перекладеного півкола.

Ключові рівняння

  • Вертикальний зсувg(x)=f(x)+k (вгору дляk>0)
  • Горизонтальний зсувg(x)=f(xh) (праворуч) дляh>0
  • Вертикальне відображенняg(x)=f(x)
  • Горизонтальне відображенняg(x)=f(x)
  • Вертикальна розтяжкаg(x)=af(x) (a> 0)
  • Вертикальне стисненняg(x)=af(x) (0 <a<1)
  • горизонтальна розтяжкаg(x)=f(bx)(0<b<1)
  • Горизонтальне стисненняg(x)=f(bx) (b> 1)

Ключові концепції

  • Функцію можна зсунути вертикально, додавши константу до виводу.
  • Функція може бути зрушена горизонтально, додаючи константу до вхідних даних.
  • Пов'язка зсуву з контекстом задачі дає можливість порівнювати та інтерпретувати вертикальні та горизонтальні зсуви.
  • Вертикальні і горизонтальні зсуви часто поєднуються.
  • Вертикальне відображення відображає графік навколо осі x. Графік можна відобразити вертикально, множивши результат на —1.
  • Горизонтальне відображення відображає графік навколо осі y. Графік можна відобразити горизонтально, множивши вхідні дані на —1.
  • Графік може відображатися як вертикально, так і горизонтально. Порядок, в якому застосовуються відбиття, не впливає на остаточний графік.
  • Функція, представлена в табличній формі, також може бути відображена шляхом перемноження значень у вхідних і вихідних рядках або стовпцях відповідно.
  • Функцію, представлену у вигляді рівняння, можна відобразити, застосовуючи перетворення по одному.
  • Парні функції симетричні щодо осі y, тоді як непарні функції симетричні щодо початку.
  • Навіть функції задовольняють умовіf(x)=f(x).
  • Непарні функції задовольняють умовіf(x)=f(x).
  • Функція може бути непарною, парною або ні.
  • Функція може бути стиснута або розтягнута вертикально, множивши вихід на константу.
  • Функція може бути стиснута або розтягнута по горизонталі шляхом множення вхідних даних на константу.
  • Порядок, в якому застосовуються різні перетворення, впливає на кінцеву функцію. Як вертикальні, так і горизонтальні перетворення повинні застосовуватися в заданому порядку. Однак вертикальне перетворення може поєднуватися з горизонтальним перетворенням в будь-якому порядку.

Глосарій

парна функція

функція, графік якої незмінний горизонтальним відображеннямf(x)=f(x), і симетричний щодо осі y


горизонтальне стиснення
- перетворення, яке стискає графік функції по горизонталі, шляхом множення вхідних даних на константу b> 1


горизонтальне відображення
— перетворення, яке відображає графік функції по осі y шляхом множення вхідних даних на −1


горизонтальний зсув
- перетворення, яке зміщує графік функції вліво або вправо шляхом додавання позитивної або негативної константи до вхідних даних


горизонтальне розтягування
- перетворення, яке розтягує графік функції по горизонталі шляхом множення вхідних даних на константу 0 <b<1


непарна функція
функція, графік якої незмінний комбінованим горизонтальним і вертикальним відображеннямf(x)=f(x), і симетричний щодо походження


вертикальне стиснення
- перетворення функції, яке стискає графік функції вертикально шляхом множення вихідних даних на константу 0 <a<1


вертикальне відображення
— перетворення, яке відображає графік функції по осі x шляхом множення вихідних даних на −1


вертикальний зсув
- перетворення, яке зміщує графік функції вгору або вниз, додаючи позитивну або негативну константу до виводу


вертикальне розтягування
- перетворення, яке розтягує графік функції по вертикалі шляхом множення вихідних даних на константу a> 1