Numere, funcții și ecuații

Funcții putere, radical, exponențială, logaritmică; injectivitate și inversa

Graficele și proprietățile funcțiilor putere, radical, exponențială și logaritmică; injectivitate, surjectivitate, bijectivitate și funcția inversă, cu metodele din barem.

  • 24 min
  • La BAC: I.2 · I.3
  • Verificat pe bareme
Ilustrație: Funcții putere, radical, exponențială, logaritmică; injectivitate și inversa
Ilustrație generată pentru ZECE (artistică, nu o planșă științifică: pentru detalii exacte vezi schemele din lecție).

ții minte doar fișa asta și ești acoperit

Fișa de aur

  1. 01

    Injectivă: din f(x₁) = f(x₂) rezultă x₁ = x₂. Surjectivă: Im f = codomeniul. Bijectivă = ambele.

  2. 02

    Inversabilă ⇔ bijectivă. Inversa se află rezolvând y = f(x) în raport cu x.

    Truc: Inversa „dă înapoi” x-ul: dacă f(2) = 7, atunci f⁻¹(7) = 2.

  3. 03

    Strict monotonă ⇒ injectivă. De aceea aˣ, logₐ x, x³, ⁿ√x sunt injective și ecuațiile cu ele se rezolvă egalând argumentele.

  4. 04

    Exponențiala și logaritmul de aceeași bază sunt inverse una alteia: graficele lor sunt simetrice față de y = x.

  5. 05

    x² nu e injectivă pe ℝ (f(−1) = f(1)), dar este pe [0, +∞), unde inversa este √x.

1 din 7

Pe scurt

2 minesențialul, de recitit oricând

Culorile din lecție:termenidee-cheie

  • Funcția putere (): pară pentru par (grafic simetric față de ), impară pentru impar.
  • Funcția radical : pe pentru par, pe pentru impar; strict crescătoare.
  • Exponențiala și logaritmica : crescătoare pentru , descrescătoare pentru ; sunt inverse una alteia.
  • Injectivă: ; surjectivă: ; bijectivă: ambele.
  • Inversabilă bijectivă; graficul inversei este simetricul graficului față de .
  • Folosire la BAC: injectivitatea justifică pasul „egalăm exponenții / argumentele” la ecuațiile de la I.3.

Funcțiile elementare din programă

5 min

, par
Domeniu → codomeniu
Monotonie
descrescătoare pe , crescătoare pe
, impar
Domeniu → codomeniu
Monotonie
strict crescătoare
, par
Domeniu → codomeniu
Monotonie
strict crescătoare
, impar
Domeniu → codomeniu
Monotonie
strict crescătoare
Domeniu → codomeniu
Monotonie
crescătoare (), descrescătoare ()
Domeniu → codomeniu
Monotonie
crescătoare (), descrescătoare ()
1 / 6

Graficul exponențialei nu taie (); graficul logaritmului nu taie . Convexitate (lectură grafică): și sunt convexe; și cu sunt concave.

Injectivitate, surjectivitate, bijectivitate

3 min o întrebare la final

  1. Injectivitate, algebric
    Presupui și deduci . Sau arăți că este strict monotonă.
  2. Neinjectivitate
    Dai două valori diferite cu aceeași imagine.
  3. Surjectivitate
    Pentru oarecare din codomeniu rezolvi și arăți că soluția este în domeniu; sau determini și o compari cu codomeniul.
  4. Grafic
    Intersectezi graficul cu orizontale : cel mult un punct (injectivă), cel puțin un punct pentru orice din codomeniu (surjectivă).

Exemplu: , . Nu este injectivă: . Nu este surjectivă: pentru orice , deci nu are preimagine. Restricția este bijectivă, cu inversa .

Orizontala arată că nu e injectivă

y = 2(−1, 2)(1, 2)
f(−1) = f(1) = 2: aceeași imagine pentru doi x diferiți, deci f nu e injectivă. Sub y = 1 nicio orizontală nu mai atinge graficul, deci f nu e nici surjectivă pe ℝ.

De ce f(x) = x² nu este injectivă pe ℝ?

Funcția inversă

4 min o întrebare la final

Dacă este bijectivă, inversa asociază fiecărui unica soluție a ecuației . Au loc pentru orice și pentru orice .

  • , : .
  • : ; : .

Funcția și inversa ei, în oglindă

y = 2ˣy = log₂ xy = x
Inversa schimbă între ele x și y, deci graficul ei e simetricul față de y = x. Punctul (0, 1) de pe exponențială devine (1, 0) pe logaritm.

Inversa lui f : ℝ → ℝ, f(x) = 2x − 3?

Exemple rezolvate

5 min o întrebare la final

Oficial: BAC 2020, sesiunea august, varianta 3, I.3

Enunț: Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația .

(Ridicarea la cub este o echivalență, pentru că funcția este bijectivă pe ; nu e nevoie de verificare.)

Oficial: BAC 2020, sesiunea iunie, varianta 6, I.3

Enunț: Rezolvați în mulțimea numerelor reale ecuația .

Cu : , deci

, deci (funcția exponențială este injectivă)

Bijectivitate și inversă

Arătați că , este bijectivă și determinați inversa.

Injectivă: .

Surjectivă: pentru , .

Deci este bijectivă și , .

Injectivitate prin monotonie

, este strict crescătoare (suma a două funcții strict crescătoare), deci injectivă.

, este bijectivă: , deci .

Este f(x) = x³ + x injectivă pe ℝ?

Ce se cere la BAC

4 mincum apare la examen

  • La Subiectul I, injectivitatea și bijectivitatea apar mai ales „în spate”: ecuațiile exponențiale, logaritmice și cu radical de ordin 3 se rezolvă prin injectivitate (august 2020, varianta 3, I.3: ; iunie 2020, varianta 6, I.3: ).
  • Ecuații rezolvate prin injectivitate (2024): iunie-iulie 2024, varianta 10, I.3: ; barem: , deci , . August 2024, varianta 3, I.3: ; barem: , deci , sau (ridicarea la cub este echivalență, deci ambele sunt soluții).
  • Cerințe directe de tipul „arătați că funcția este injectivă/bijectivă” apar în Subiectul III (prin monotonie, cu derivata) și la funcții definite pe intervale.
  • Graficele funcțiilor exponențiale și logaritmice sunt folosite la numărul de soluții ale unei ecuații și la semne.

Greșeli care costă puncte

1 mincapcanele de evitat

  • Surjectivitatea judecată fără codomeniu: același e surjectivă pe , dar nu pe .
  • Injectivitatea „demonstrată” pe exemple: două valori diferite cu imagini diferite nu dovedesc nimic.
  • Inversa fără domeniu: este definită pe codomeniul lui .
  • Monotonia exponențialei cu bază subunitară greșită.

Termeni-cheie

Funcție injectivă
f(x₁) = f(x₂) ⇒ x₁ = x₂ (echivalent: x₁ ≠ x₂ ⇒ f(x₁) ≠ f(x₂)). Grafic: orice orizontală taie graficul în cel mult un punct.
Funcție surjectivă
Pentru orice y din codomeniu există x în domeniu cu f(x) = y, adică Im f = codomeniul.
Funcție bijectivă
Injectivă și surjectivă: orice y din codomeniu are exact o preimagine.
Funcție inversabilă
f : A → B pentru care există g : B → A cu g ∘ f = 1_A și f ∘ g = 1_B; se notează g = f⁻¹.
Condiția de inversabilitate
O funcție este inversabilă dacă și numai dacă este bijectivă.
Graficul inversei
Graficele lui f și f⁻¹ sunt simetrice față de prima bisectoare, y = x.
Monotonie și injectivitate
O funcție strict monotonă este injectivă (reciproca nu este adevărată în general).
Funcția exponențială
f : ℝ → (0, +∞), f(x) = aˣ, a > 0, a ≠ 1; strict crescătoare pentru a > 1, strict descrescătoare pentru 0 < a < 1; bijectivă.
Funcția logaritmică
f : (0, +∞) → ℝ, f(x) = logₐ x; inversa funcției exponențiale de aceeași bază; bijectivă.
Funcția putere și radical
xⁿ: pară pentru n par, impară pentru n impar; ⁿ√x este definită pe [0, +∞) pentru n par și pe ℝ pentru n impar, strict crescătoare.

Notițele mele

Salvat local

Surse