Подготовка к школе
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс
5 класс
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
ОГЭ
ЕГЭ
Для всех
Назад

Область определения и область значений функции, свойства по графику

Содержание

Функция сопоставляет каждому значению $x$ одно значение $y$, поэтому вертикальная линейка, которая скользит по графику, задевает его не больше чем в одной точке — об этом урок «Функция: определение и способы задания». В этом уроке выясним, какие $x$ можно подставлять в функцию и какие $y$ при этом получаются, а затем научимся читать по графику нули, знаки, возрастание и убывание функции. Понадобятся числовые промежутки из урока «Координатная прямая, расстояние между точками и числовые промежутки».

Какие числа можно подставить в функцию

В уроке «Чтение графиков реальных зависимостей» вы сравнивали тарифы связи по графикам. Пусть минута разговора стоит 2 руб. Тогда разговор длиной $x$ минут стоит $y=2x$ рублей. Формула без возражений считает и при $x=-3$: $y=-6$. Но разговор не может длиться минус три минуты. Значит, у функции есть вопрос, который формула сама не задает: какие значения $x$ вообще имеют смысл?

Бывает и так, что формула посчитать не может. Возьмем $y=\dfrac{4}{x}$. При $x=2$ получаем $y=2$, при $x=-1$ получаем $y=-4$, а при $x=0$ пришлось бы делить на нуль. Поставим на график вертикальную линейку. Где бы она ни стояла, она задевает график — везде, кроме одного места: над $x=0$ линейка проходит мимо.

График y = 4/x и вертикальная линейка: при x = 2 она задевает график, при x = 0 проходит мимо
Над $x=0$ линейка не задевает график $y=\frac{4}{x}$: при $x=0$ функция не определена

Определение

Область определения функции — все значения $x$, при которых функция имеет смысл. Ее обозначают $D(f)$ или просто $D$. На графике это все положения вертикальной линейки, в которых она задевает график.

Правило

Как найти область определения по формуле:

  1. Считаем, что подходят все числа.
  2. Если $x$ стоит в знаменателе, исключаем значения $x$, при которых знаменатель равен нулю.
  3. Если функция описывает реальную величину, оставляем только значения, которые имеют смысл: время не бывает отрицательным, число предметов — целое неотрицательное.

Почему так. Делить на нуль нельзя, поэтому при таком $x$ у функции нет значения, и на графике нет точки. А формула из жизни — только модель: она верна в тех пределах, в которых описывает ситуацию. Какая область определения у тарифа $y=2x$, выясним в конце урока.

Пример

Найдите область определения функции: а) $y=3x-5$; б) $y=\dfrac{12}{x-4}$; в) турист идет 5 часов со скоростью 4 км/ч, путь за $t$ часов равен $s=4t$ км.

а) Делить на выражение с $x$ не нужно, значение есть при любом $x$. $D$ — все числа, то есть $(-\infty;+\infty)$.

б) Знаменатель $x-4$ равен нулю при $x=4$. Проверка: $\frac{12}{4-4}=\frac{12}{0}$ — не имеет смысла. $D$ — все числа, кроме $4$.

в) Время отсчитывают от выхода, поэтому $t\ge0$; идет турист 5 часов, поэтому $t\le5$. $D=[0;5]$. Формула посчитала бы и $s=4 \cdot 7=28$ при $t=7$, но через 7 часов турист уже не идет.

Область определения — тень графика на горизонтальной оси

Теперь функция задана графиком. Поведем вертикальную линейку слева направо и будем отмечать на оси $Ox$ те места, где линейка задевает график. На рисунке линейка впервые задевает график при $x=-2$, а последний раз — при $x=6$. Между ними она задевает его везде.

Область определения D = [−2; 6]: проекция графика на ось Ox
Положения линейки, в которых она задевает график, заполняют отрезок $[-2;6]$ на оси $Ox$ — это область определения

Отмеченная часть оси похожа на тень графика, если светить на него сверху вниз. Ее называют проекцией графика на ось $Ox$. Значит, $D=[-2;6]$.

Важна каждая граница. Концы графика отмечают кружками, как точки на прямой в уроке «Координатная прямая, расстояние между точками и числовые промежутки»: закрашенный кружок — точка принадлежит графику, пустой — не принадлежит. У пустого кружка линейка подходит к графику вплотную, но не задевает его: точки там нет.

Область определения D = (−3; 4]: пустой кружок слева — граница не входит, закрашенный справа — входит
Левый конец — пустой кружок: $x=-3$ не входит в $D$. Правый конец закрашен: $x=4$ входит. $D=(-3;4]$

Правило

Как найти область определения по графику:

  1. Найдите левый и правый концы графика — там линейка задевает график первый и последний раз.
  2. Их абсциссы — границы $D$.
  3. Закрашенный кружок — скобка квадратная, пустой — круглая.

Если между концами линейка где-то проходит мимо графика, как у $y=\frac{4}{x}$ при $x=0$, это значение $x$ исключают.

Пример

Найдите $D$ по графику с кружками.

Самая левая точка — $(-3;-2)$, кружок пустой: $x=-3$ не входит. Самая правая точка — $(4;-1)$, кружок закрашен: $x=4$ входит. Между ними линия идет без разрывов, линейка задевает ее везде.

Ответ: $D=(-3;4]$.

Область значений — на каких высотах бывает график

У линейки есть деления. В каждом положении она задевает график на какой-то отметке — запишем все эти отметки. Для графика из прошлого раздела самая низкая отметка — $-1$ (при $x=0$), самая высокая — $3$ (при $x=4$). Линия идет без разрывов, поэтому встречаются и все высоты между ними.

Определение

Область значений функции — все значения $y$, которые принимает функция. Ее обозначают $E(f)$ или $E$. На графике это проекция графика на ось $Oy$: все высоты, на которых линейка задевает график.

Для нашего графика $E=[-1;3]$. Число $3$ — наибольшее значение функции, число $-1$ — наименьшее значение. Наибольшее значение — это высота $y=3$, а не место $x=4$, где оно достигается. У графика с пустым кружком высота $-2$ не достигается, и других точек на этой высоте нет, поэтому $E=(-2;2]$.

Ошибка

Вообразавр записал по графику: «$D=[-1;3]$ — от самой низкой точки до самой высокой».

Решавр проверяет: поставим линейку при $x=5$. Она задевает график в точке $(5;2)$, значит, при $x=5$ функция определена. Но число $5$ не входит в $[-1;3]$.

Где сломалось рассуждение: Вообразавр взял высоты точек, то есть значения $y$, и получил область значений. Область определения — это положения линейки, их читают по горизонтальной оси $Ox$: $D=[-2;6]$.

Ошибка: высоты E = [−1; 3] прочитаны как область определения; число 5 в ответ не попало, хотя точка (5; 2) есть
Положения линейки читают по оси $Ox$, высоты — по оси $Oy$. Ответ $D=[-1;3]$ не содержит $x=5$, хотя точка $(5;2)$ на графике есть

Обратите внимание

$D$ — где стоит линейка: значения $x$, ось $Ox$. $E$ — на какой высоте линейка задевает график: значения $y$, ось $Oy$. Проверка для $D$: возьмите любое число из ответа и поставьте туда линейку — она должна задеть график.

Область значений зависит от области определения. Если разрешить линейке ходить только внутри «окна» — части оси $Ox$, — останутся только те высоты, которые график принимает над окном. Например, для окна $[2;6]$ остаются высоты от $1$ до $3$: точки на высоте $-1$ в окно не попали. Сдвигайте границы окна в модели и следите, какие высоты остаются.

Где график на оси, выше и ниже нее

Нулевая отметка линейки лежит на оси $Ox$. Если линейка задевает график ровно на нулевой отметке, в этом месте график пересекает ось $Ox$. У нашего графика это происходит дважды: $f(-1)=0$ и $f(1)=0$.

Определение

Нули функции — значения $x$, при которых $y=0$. На графике это абсциссы точек, в которых график пересекает ось $Ox$.

Нули −1 и 1 делят график на части: выше оси y > 0, ниже оси y < 0
Нули $x=-1$ и $x=1$ делят график на части: выше оси $y>0$, ниже оси $y<0$

Нули делят область определения на промежутки, где функция сохраняет знак. Левее $x=-1$ и правее $x=1$ линейка задевает график выше нулевой отметки: $y>0$ на $[-2;-1)$ и на $(1;6]$. Между нулями график ниже оси: $y<0$ на $(-1;1)$. Проверка числом: $f(0)=-1<0$.

Обратите внимание

Сами нули в эти промежутки не входят: в них $y=0$, а нуль не положителен и не отрицателен. Поэтому у нулей скобки круглые. А конец $x=-2$ входит: кружок там закрашен и $f(-2)=1>0$.

Возрастание: правее — значит выше

В уроке «Чтение графиков реальных зависимостей» вы видели, как температура росла и падала в течение суток. Теперь опишем рост точно. Ведем линейку по графику слева направо. От $x=0$ до $x=4$ отметка, на которой линейка задевает график, все время поднимается: $f(0)=-1$, $f(1)=0$, $f(2)=1$, $f(4)=3$. Какие два значения $x$ на этом участке ни возьми, у большего $x$ значение функции больше.

Определение

Функция возрастает на промежутке, если для любых $x_1$ и $x_2$ из этого промежутка из $x_1<x_2$ следует $f(x_1)<f(x_2)$: большему $x$ соответствует большее $y$.

Функция убывает на промежутке, если из $x_1<x_2$ следует $f(x_1)>f(x_2)$: большему $x$ соответствует меньшее $y$.

Промежутки монотонности: убывает на [−2; 0], возрастает на [0; 4], убывает на [4; 6]
Функция убывает на $[-2;0]$, возрастает на $[0;4]$ и снова убывает на $[4;6]$

Промежутки возрастания и убывания записывают по оси $Ox$: это значения $x$, как и $D$. Точку, где рост сменяется спадом, включают в оба соседних промежутка. Определение это разрешает: $f(4)=3$ больше всех значений функции и на $[0;4)$, и на $(4;6]$.

Ошибка

Вообразавр: «Функция возрастает на $[1;6]$: ведь $f(1)=0$, а $f(6)=1$ — справа значение больше».

Решавр берет две точки внутри промежутка: $x_1=4$ и $x_2=6$. Здесь $x_1<x_2$, но $f(4)=3>f(6)=1$ — большему $x$ соответствует меньшее $y$.

Где сломалось рассуждение: сравнение концов ничего не доказывает, определение требует проверить любые два $x$ промежутка. На $[1;6]$ функция сначала возрастает до $x=4$, а потом убывает.

Ошибка: на [1; 6] нельзя сравнивать только концы: x = 6 больше x = 4, а y = 1 меньше y = 3
Концы $(1;0)$ и $(6;1)$ сравнивать мало: внутри, от $x=4$ до $x=6$, график идет вниз

Паспорт функции: все свойства по одному графику

Соберем все вопросы к графику в одну таблицу — «паспорт» функции. Для каждого свойства в ней записано, что делает линейка и по какой оси читать ответ. Последний столбец заполнен для нашего графика.

СвойствоЧто делает линейкаОсь ответаНаш график
Область определения $D$задевает график$Ox$$[-2;6]$
Область значений $E$на каких отметках задевает$Oy$$[-1;3]$
Нулизадевает на отметке $0$$Ox$$-1$ и $1$
$y>0$задевает выше нуля$Ox$$[-2;-1)$ и $(1;6]$
$y<0$задевает ниже нуля$Ox$$(-1;1)$
Возрастаетпри сдвиге вправо отметка поднимается$Ox$$[0;4]$
Убываетпри сдвиге вправо отметка опускается$Ox$$[-2;0]$ и $[4;6]$
Паспорт функции: D, нули, знаки и монотонность читаются на оси Ox, только E — на оси Oy
Все ответы паспорта, кроме области значений, — промежутки и числа на оси $Ox$

Посмотрите на столбец «Ось ответа»: из семи свойств только одно — область значений — читают по оси $Oy$. Все остальные ответы — значения $x$. Это и есть защита от главной ошибки урока.

Пример

Составим паспорт графика с пустым кружком из второго раздела: вершины $(-3;-2)$ (кружок пустой), $(1;2)$, $(4;-1)$.

  1. $D=(-3;4]$: левый конец не входит, правый входит.
  2. $E=(-2;2]$: высота $-2$ не достигается, наибольшее значение $2$ — при $x=1$.
  3. Нули: $x=-1$ и $x=3$.
  4. $y>0$ на $(-1;3)$; $y<0$ на $(-3;-1)$ и на $(3;4]$.
  5. Возрастает на $(-3;1]$, убывает на $[1;4]$.

Проверка: $f(0)=1>0$ — точка $(0;1)$ лежит выше оси, и $0$ входит в $(-1;3)$.

Вывод

Область определения отвечает на вопрос «какие $x$ можно подставить», область значений — «какие $y$ получатся». По формуле $D$ ищут так: исключают значения, при которых знаменатель равен нулю, и оставляют те, что имеют смысл в задаче. Для тарифа $y=2x$ это $D=[0;+\infty)$ и $E=[0;+\infty)$: разговор не длится минус три минуты, и чем он длиннее, тем больше его стоимость (функция возрастает).

По графику все свойства читает одна вертикальная линейка: где она задевает график — $D$, на каких отметках — $E$, на отметке $0$ — нули, выше или ниже нуля — знак, поднимается ли отметка при сдвиге вправо — возрастание. По оси $Oy$ читают только область значений. Эти умения нужны в заданиях ОГЭ на чтение графиков и в следующих уроках: у прямой пропорциональности и линейной функции свойства будем находить так же.

Часто задаваемые вопросы

Как не перепутать область определения и область значений?

$D$ — где стоит линейка: значения $x$, ось $Ox$. $E$ — на какой высоте она задевает график: значения $y$, ось $Oy$. Проверьте ответ для $D$: поставьте линейку в любую точку промежутка — она должна задеть график.

Почему точка, где рост сменяется спадом, входит в оба промежутка?

Определение при этом не нарушается. У нашего графика $f(4)=3$ больше всех значений и на $[0;4)$, и на $(4;6]$, поэтому пишут «возрастает на $[0;4]$, убывает на $[4;6]$». Так же с точкой $x=0$, где спад сменяется ростом: $f(0)=-1$ меньше всех соседних значений.

Что делать, если график уходит за край рисунка?

Если линия заканчивается стрелкой, она продолжается без конца, и в записи появляется бесконечность, как у лучей: например, $[0;+\infty)$. Так у графика $y=\lvert x \rvert$ из урока «Функция y = |x| и ее график»: $D=(-\infty;+\infty)$, $E=[0;+\infty)$, нуль функции $x=0$.

Бывает ли функция, которая не возрастает и не убывает?

Да, например $y=3$. Ее график — горизонтальная прямая: линейка в любом положении задевает его на отметке $3$. Область значений состоит из одного числа $3$, а ни возрастания, ни убывания нет.

Зачем искать область определения, если формула и так считает?

Формула может посчитать то, что не имеет смысла: $-6$ руб. за разговор длиной $-3$ минуты. А при делении на нуль она не посчитает вовсе. Область определения заранее показывает, где ответам функции можно доверять.

Награды за урок
5
5
1
Количество опыта, полученного за урок 5
Ускорьте прогресс с полным доступом

Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.

  • Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
  • Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
  • Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Не потеряйте прогресс!

Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:

  • Отслеживайте прогресс освоения тем
  • Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
  • Проводите работу над ошибками после занятий

Спросить Зави Спросить Зави
Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

Предложить улучшение