›
›

Giáo trình Toán giải tích 1 - Chương 2: Ánh xạ

pdf 49 trang huongle 7150
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Toán giải tích 1 - Chương 2: Ánh xạ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_toan_giai_tich_1_chuong_2_anh_xa.pdf

Nội dung text: Giáo trình Toán giải tích 1 - Chương 2: Ánh xạ

  1. CHÖÔNG HAI AÙ N H X AÏ Trong nhieàu moâ hình caùc vaán ñeà thöïc tieån, chuùng ta thöôøng thaáy coù caùc ñaïi löôïng thay ñoåi theo moät hoaëc nhieàu ñaïi löôïng khaùc. Chuùng ta haõy xem caùch moâ hình cuûa toaùn cho vieäc naøy. Neáu trong kyõ thuaät chuùng ta phaûi coù moät hình troøn coù dieän tích ñònh tröôùc, chuùng ta moâ hình baøi toaùn baèng coâng thöùc sau : Dieäntíchmoäthìnhtroøncoùbaùnkínhr = r2 Nhö vaäy ñaïi löôïng “dieän tích” thay ñoåi tuøy theo ñaïi GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 62 löôïng “baùn kính”
  2. Chuùng ta ñaàu tö xaây döïng moät coâng trình vôùi soá voán laø a, öôùc löôïng moãi naêm toán chi phí baûo quaûn laø b, döï kieán seõ cho thueâ haøng naêm laø vôùi giaù c (sau khi tröø thueá). Vaäy neân ñònh c bao nhieâu ñeå sau 10 naêm chuùng ta thu hoài voán. Duøng moâ hình baøi toaùn nhö sau : xeùt coâng thöùc sau : “Tieàn thu ñöôïc ñeán cuoái naêm thöù t” = (c – b)t Trong hai thí duï treân, chuùng ta môùi moâ hình toaùn hoïc nöõa vôøi. Chuùng ta thaáy “dieän tích moät hình troøn coù baùn kính r” vaø “Tieàn thu ñöôïc cuoái naêm thöù t” coù chung moät tính cô baûn laø caùc löôïng thay ñoåi theo moät löôïng khaùc , vaø ta seõ kyù hieäu chung laø f (r) hoaëc f(t) . GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 63
  3. Theo caùch naøy chuùng ta moâ hình ñöôïc söï thay ñoåi cuûa moät löôïng naøo ñoù theo moät löôïng khaùc. A. Xaùc ñònh moät aùnh xaï Ñònh nghóa. Cho A vaø B laø hai taäp hôïp khaùc troáng vaø D laø moät taäp con khaùc troáng trong A. Giaû söû vôùi moïi x trong D ta ñònh nghóa ñöôïc moät phaàn töû f(x) trong B, ta noùi ta xaùc ñònh ñöôïc moät aùnh xaï f töø D vaøo B. A B D GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 64
  4. Thí duï. Dieän tích moät hình troøn coù baùn kính r laø r2. Ta thaáy r f(r) = r2 laømoätaùnhxaïtöøtaäphôïpcaùcsoáthöïc döông (0, ) vaøo chính noù. Thí duï. Nhieät ñoä taïi moät vò trí naøo ñoù trong giaûng ñöôøng naøy taïi thôøi ñieåm t trong buoåi saùng hoâm nay, laø moät aùnh xaï töø [6,12] vaøo [20, 50]. Thí duï. Coáñònhmoätthôøiñieåmt trong buoåi saùng hoâm nay, nhieät ñoä taïi moãi vò trí trong giaûng ñöôøng naøy laø moät aùnh xaï töø taäp hôïp A vaøo [20, 50], vôùi A laø taäp hôïp caùc vò trí trong giaûng ñöôøng naøy. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 65
  5. Thí duï. Ñeå khaûo saùt thieát keá heä thoáng maùy laïnh trong giaûng ñöôøng naøy, chuùng ta ño nhieät ñoä taïi moät soá vò trí trong giaõng ñöôøng naøy (goïi B laøtaäphôïpcaùc vò trí ñoù) töø 7.00 giôø saùng ñeán 6.00 giôø chieàu trong moät ngaøy naøo ñoù . Goïi f(x,t) laø nhieät ñoä taïi vò trí x ôû thôøi ñieåm t. Luùc ñoù f laømoätaùnhxaïtöøB [7,18] vaøo taäp [20,50]. Thí duï. Toång trò giaù xuaát khaåu cuûa Vieät Nam trong töøng thaùng cuûa naêm 2007 laø moät aùnh xaï töø taäp {1,2, . . ., 12} vaøo taäp [1,20] neáu chuùng ta laáy ñôn vò laø tæ USD. Nhöng aùnh xaï naøy ñöôïc coi laø töø {1,2, . . ., 12} vaøo [16, 340] neáu ñôn vò tính tieàn laø moät ngaøn tæ ñoàng Vieät Nam. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 66
  6. Ta coù theå moâ hình caùc aùnh xaï qua ñoà thò cuûa chuùng. Ñònh nghóa. Cho f laø moät aùnh xaï töø moät taäp hôïp A vaøo moät taäp hôïp B. Ta ñaët  = {(x,y) A B : y = f(x) }. Ta goïi  laø ñoà thò cuûa f . fx() f(2) f)(1 GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 67
  7. Để vẽđñồ thị củamộtaùnhxaïf töø moät khoaûng [a,b] vaøo —, ta coù theå duøng Mathematica vôùi leän Plot[f,{x,xmin,xmax}] Thí duï. Duøng leänh Plot[Cos[x3+Sin [x]],{x,0, }] ta coùñoàthòcuûaaùnhxaïf(x) = cos(x3+sinx) treân khoaûng [0, ] nhö sau. 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 -0.5 GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 68 -1.0
  8. Tuy nhieân chuùng ta cuõng coù caùc ñoà thò cuûa aùnh xaï do caùc thieát bò ghi chöù khoâng phaûi veõ töø ñònh nghóa cuûa aùnh xaï ñoù. Hai ñoà thò beân caïnh do ñòa chaán keá ghi laïi caùc gia toác chuyeån ñoäng maët ñaát cuûa moät vò trí theo caùc höôùng baéc-nam vaø ñoâng-taây trong moät traän ñoäng ñaát ôû Northridge. Theo tö lieäu cuûa Calif.GIAI TICH Dept. 1 - CHUONG of HAIMines and Geology 69 (“Stewart, Calculus- concepts and contexts” tr.15)
  9. Khi ñi xe taxi , chuùng ta phaûi traû moät soá tieàn khôûi ñaàu laø a vaø moät khoaûng tieàn theo giaù moãi km chuùng ta ñi. Nhö vaäy giaù tieàn trung bình moãi km trong moät chuyeán ñi laø bao nhieâu. Chuùng ta moâ hình baøi toaùn nhö sau : goi x laø soá km cuûa chuyeán ñi vaø b laø giaù tieàn moãi km, vaø t laø soá tieàn ñi chuyeán xe ñoù, vaø y laø giaù tieàn trung bình moãi km trong chuyeán ñi ñoù; ta coù caùc coâng thöùc sau tabxa t = a + bx vaø yb xxx GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 70
  10. Nhö vaäy giaù tieàn trung bình y moãi km laøm moät aùnh xaï tuøy thuoäc vaøo khoaûng ñöôøng ñi. Duøng Mathematica ta coù ñoà thò cuûa y nhö sau Plot[{7/x+6,6},{x,1,1000},AxesOrigin {1,5.99}] Theo ñoà 13 thò naøy, giaù 12 tieàn trung 11 bình moãi km trong 10 moät chuyeán 9 ñi giaõm daàn 8 theo ñoä xa 7 cuûa chuyeán 6 ñi 0 GIAI1 TICH 12 - CHUONG3 HAI4 5 6 71 7
  11. Trong vieäc ñieàu soá caàu chænh giaù moät saûn phaåm maët haøng naøo ñoù cung seõ daãn theo heä s quaû soá ngöôøi mua vaø soá löôïng saûn xuaát maët haøng ñoù seõ thay ñoåi. t giaù Neáu caàu vaø cung khoâng töông ñoái baèng nhau, chuùng ta seõ coù hai tình hình kinh teá baát oån : hoaëc haøng toàn kho quaù lôùn, hoaëc thieáu huït haøng hoùa. Duøng ñoà thò beân treân chuùng ta coù theå thaáy ñònh giaù GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 72 maët haøng laø t laøm cho kinh teá oån ñònh.
  12. Cho D laø moät taäp con khaùc troáng trong moät taäp A vaø f laømoätaùnhxaïtöøD vaøi moät taäp B. Luùc ñoù D ñöôïc goïi laø mieànxaùcñònhcuûaaùnhxaï f vaø taäp hôïp f(D) = y = f(x) : x D  ñöôïc goïi laø taäp hôïp aûnh cuûa f. A B f(D) D Thí duï. Cho D laø moät khoaûng môû (a,b) trong —, vôùi bx x trong D ta ñaët f(x) = . Luùc ñoù f laø moät aùnh x a xaï coù mieàn xaùc ñònhGIAI laø TICHD 1 - CHUONGvaø taäp HAI hôïp aûnh laø (0, 73 )
  13. Ñoâi khi chuùng ta duøng ñoà thò ñeå coù hình aûnh cuûa mieàn xaùc ñònh vaø taäp aûnh cuûa moät aùnh xaï. y taäp hôïp aûnh yfx = ( ) 0 x mieàn xaùc ñònh GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 74
  14. Nhieàu khi chuùng ta ñònh nghóa moät aùnh xaï baèng moät meänh ñeà toaùn hoïc, luùc ñoù chuùng ta phaûi tìm mieàn xaùc ñònh cuûa f. Baøi toaùn 4. Vôùi moïi soá thöïc x ta ñaët f(x) = y sao cho y(x - 1) = 1. Tìm mieàn xaùc ñònh cuûa f. Ñaët D = x — : f(x) xaùc ñònh duy nhaát . Ta chöùng minh D = — \ 1 . — \ 1 D D  — \ 1  Neáu x — \ 1 , ta thaáy (x - 1) 0, vaäy ta coù theå choïn y = (x - 1)-1 , suy ra x D. Do ñoù —GIAI\ TICH 1 1 - CHUONGD HAI. 75
  15. D  — \ 1  Chöùng minh “ x D thì x — \ 1 ” Chöùng minh ñaûo ñeà “x — \ 1  thì x D”. Ta choïn caùch sau vì x — \ 1  cho ta x =1 : baøi toaùn ñôn giaûn hôn Chöùng minh “x =1 thì x D”. D = x — : f(x) xaùc ñònh duy nhaát  Coù duy nhaát y sao cho y sao cho y = f (1) f(x) = y sao cho y(x - 1) = 1. Khi x =1, tacoù(x - 1) = 0 vaø khoâng coù soá thöïc y GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 76 naøo ñeå cho y(x - 1) = 1, vaäy x D.
  16. Trong moät kyø tuyeån sinh, chuùng ta choïn caùc thí sinh coù toång soá ñieåm thi 18. Ta moâ hình vieäc tuyeãn choïn nhö sau: xaùc ñònh taäp hôïp { thí sinh : coù ñieåm thi 18}. Moâ hình toát hôn nhö sau : ñaët X laø taäp hôïp caùc thí sinh, f (x) laø ñieåm thi cuûa thí sinh x , luùc ñoù taäp hôïp caùc thí sinh ñöôïc tuyeån laø {x X : f(x) 18}. Vôùi giaù hieän nay cuûa moät saûn phaåm naøo ñoù chuùng ta coù n khaùch haøng. Nay chuùng ta muoán taêng giaù ñoù leân theâm moät möùc laø T, vaán ñeà neân choïn T sao cho soá khaùch haøng tuy giaõm nhöng cuõng coøn hôn 90% soá khaùch haøng hieän nay. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 77
  17. Chuùng ta moâ hình vaán ñeà naøy nhö sau : goïi c laø heä soá giaûm soá löôïng khaùch haøng neáu taêng giaù moät ñôn vò tieàn teä vaø F(T) laø soá löôïng khaùch haøng khi chuùng ta taêng giaù saûn phaåm theâm T. Luùc ñoù F(T) = -cT + n Vaäy caùc möùc taêng giaù coù theå chaáp nhaän ñöôïc laø {T : F(T) 0,9n } Moâ hình chung cho caùc vaán ñeà naøy coù theå laøm nhö sau. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 78
  18. Ñònh nghóa. Cho A vaø B laø hai taäp hôïp khaùc troáng vaø C laø moät taäp con khaùc troáng trong B. Cho moät aùnh xaï f töø A vaøo B. Ta ñaët f-1(C) = {x A : f(x) C } vaø goïi f -1(C) laø aûnh ngöôïc cuûa C qua f fC -1 ( ) C A B GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 79
  19. Nhieàu luùc chuùng ta muoán thu heïp vaán ñeà, luùc ñoù chuùng ta phaûi coù caùc caùch moâ hình vieäc thu heïp naøy. Trong moät soá vaán ñeà vieäc thu heïp naøy coøn giuùp chuùng ta bôùt soá tính toaùn vaø coù keát quaû nhanh hôn tröôùc. Vì caùc söï vaät phaûi quan saùt ñöôïc bôùt ñi, moät soá moâ hình cuõng ñöôïc “thu nhoû” laïi. Chuùng ta duøng ngoân ngöõ toaùn hoïc dieãn ñaït sö vieäc naøy nhö sau. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 80
  20. Ñònh nghóa. Cho f laø moät aùnh xaï töø moät taäp hôïp X vaøo moät taäp hôïp Y,vaø A laø moät taäp hôïp con cuûa X. Vôùi moïi x A ta ñaët g(x)=f(x), luùc ñoù g laømoätaùnh xaï töø A vaøo Y vaø ta noùi g laø aùnh xaï thu heïp cuûa aùnh xaï f treân A vaø kyù hieäu g laø f |A. f X Y A g Y A X GIAIY TICH 1 - CHUONG HAI 81
  21. Thí duï. Cho A =( 0, ), B = (- , 0) vaø f laø moät aùnh xaï töø — vaøo — xaùc ñònh nhö sau xkhix2 0, fx() 00.khi x Ñaët g = f |A vaø h = f |B . Ta coù g(x)=x vôùi moïi x trong A vaø h(x)= 0vôùi moïi x trong B. f h B A GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 82
  22. Ñònh nghóa. Cho X, Y vaø Z laøbataäphôïpkhaùc troáng, f laø moät aùnh xaï töø X vaøo Y,vaøg laø moät aùnh xaï töø Y vaøo Z. Ta ñaët h(x) = g(f(x)) vôùi moïi x trong X. Luùc ñoù h laø moät aùnh xaï töø X vaøo Z vaø ñöôïc goïi laø aùnh xaï hôïp cuûa f vaø g vaø ñöôïc kyù hieäu laø gof. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 83
  23. f()x Y g f y x gfx(( )) gy() X Z x gfo gfxo () GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 84
  24. fgx(()) gx() GIAI TICH 1 - CHUONG HAIgx() 85
  25. g f + + + x x 2 x 2 +x 4 2 2 4 4 8 f(x) = x g(x) = x + x gof(x) = x + x GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 86
  26. g f + + + x x2 xx24+ 2 2 4 2 4 2 f(x) = x g(x) = x + x fog(x) = (x + x ) y g f y 2 + + + 242 x xx24+ ()xx+ fgGIAIo TICH 1 - CHUONG HAI 87
  27. 2 2 4 4 8 2 4 2 f(x) = x g(x) =x +x gof(x)=x +x fog(x) = (x + x ) y g f y 2 + + + 242 x xx24+ ()xx+ GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 88 fgo
  28. B. Xaùcñònhaùnh xaï hôïp Ñeå xaùc ñònh aùnh xaï hôïp gof ta laøm nhö sau : vôùi moïi x trong X tính y = f(x), roài thay y baèng giaù trò ñoù vaøo coâng thöùc z = g(y), töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc Thígiaù trò duï.gof Cho(x) X theo= —, x Y. =[-3, ) vaø Z = [-5, 4], cho 1 y2 f(x) = 1 x2 vôùi moïi x trong X vaø g(y) = 1 y4 vôùi moïi y trong Y. Xaùc ñònh gof. 2 Vôùi moïi x trong X ta ñaët y = f(x) = 1 x . Ta 1 y2 1(1 x22 ) coù gof(x) = g[f(x)] =g(y) = = 4 2 1 y 1(1 x24 ) Vaäy gof (x) = x vôùi moïi x trong X. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 89 xx42 22
  29. Vieäc ñaët y = f(x) =1 x2 môùi xem raát taàm thöôøng, nhöng noù giuùp ta laøm nhanh vaø ít sai trong tính toaùn veà sau : noù traùnh cho chuùng ta khoûi laàm laãn caùc x 1 x2 trong f(x) = 1 x 2 vaø g(x) = ( thöôøng ngöôøi 1 x4 ta vieát g nhö moät haøm soá theo x chöù khoâng theo y ) Coù theå duøng Mathematica ñeå giaûi thí duï treân nhö sau In[1]:= f[x_] := Sqrt[1 + x2] 1 x2 In[2]:= g[x_] := 1 x4 In[3]:= g[f[x]] -x2 Out[3]: GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 90 1(1 + x)22
  30. In[1]:= f[x_] := Sqrt[1 + x2] 2 In[2]:= g[x_] := 1 x 1 x4 In[3]:= g[f[x]] -x2 Out[3]: 1(1 + x)22 Trong In[1] vaø In[2] ta ñònh nghóa f vaø g vaø trong In[3] ta ra leänh tính gof (x) GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 91
  31. Nay ñeå tính f og (x) baèng Mathematica, ta laøm theâm phaàn treân nhö sau In[4]:= f[g[x]] (1 x22 ) Out[4]:= Sqrt[1 + ] (1 x4 ) 2 In[5]:= Expand[%] 248 Out[5]:= Sqrt[ 22 x 3 xx ] (1 x42 ) 22 x28 3xx4 Vaäy fog (x) = vôùi moïi x (1 x42 ) trong Y. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 92
  32. Thí duï. Cho X = Y = Z = —, f(x) = xx 43 6158 x 3 vaø g(x) = xx 45 vôùi moïi x trong —. Tính x2 7 fog Baøi naøy coù soá löôïng tính toaùn khaù lôùn ta neân duøng maùy tính, ôû ñaây ta duøng Mathematica In[1]:= f[x_]:=x4 +6x3 - 15x +8 In[2]:= g[x_]:= xx3 45 2 In[3]:= f[g[x]] x 7 15(54 x xxxxx33334 ) 6(54 ) (54 ) Out[3]: 8 7(7)(7) xxx22324 GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 93
  33. C. Phaân tích aùnh xaï thaønh caùc aùnh xaï ñôn giaûn Cho taäp hôïp con A trong — vaø moät aùnh xaï f töø A vaøo —. Vôùi moãi x trong A ta tính caån thaän f(x), töø ñoù suy ra caùch phaân tích f thaønh caùc aùnh xaï ñôn giaûn. Thí duï. Cho f(x)= 1 x2 vôùi moïi x trong —. Phaân tích f thaønh caùc aùnh xaï ñôn giaûn. Vôùi moãi x trong — quaù trình tính f(x) nhö sau : vôùi x ta tính ñöôïc x2 ñaët g(x)=x2, vôùi z = x2 ta tính ñöôïc 1+x2 =1+z : ñaët h(z)=1 +z, vôùi w = 1 + x2 ta tính ñöôïc1 x2 w : ñaët u(w)=w . GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 94 f(x)=u(h(g(x))) vôùi moïi x trong — hay f = uohog.
  34. Thí duï. Cho f(x) = sin(3x + cosx) vôùi moïi x trong —. Phaân tích f thaønh caùc aùnh xaï ñôn giaûn. Vôùi moãi x trong — quaù trình tính f(x) nhö sau : vôùi x ta tính ñöôïc 3x vaø cosx : ñaët g(x)= 3x vaø h(x)=cosx, vôùi z = 3x + cosx ta tính ñöôïc sin(3x + cos x) = sin z : ñaët u(z)=sin z. Vaäy f(x)=u(( h + g)(x))  x — hay f = uo(h+g) Khiñaëtcaùc z vaø w, ta thaáy hình nhö laø ta ñang laøm vieäc voâ ích, nhöng vieäc naøy seõ giuùp ta laøm toaùn GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 95 nhanh vaø traùnh caùc sai laàm khoâng ñaùng coù veà sau.
  35. Vieäc phaân tích f thaønh hôïp cuûa caùc aùnh xaï ñôn giaûn raát höõu ích khi ta ñöa caùc baøi toaùn phöùc taïp veà caùc baøi toaùn ñôn giaûn, nhaát laø khi ta gaëp caùc vaán ñeà veà lieân tuïc vaø khaû vi cuûa moät aùnh xa phöùc taïpï. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 96
  36. Trong moät tuùi coù 10 vieân bi coù kính côû nhö nhau nhöng coù caùc maøu saéc khaùc nhau. Chuùng ta choïn ba vieân bi trong tuùi naøy theo hai caùch sau : * Laáy moät laàn ba vieân bi. Laáy moät vieân bi, ghi maøu saéc cuûa noù roài boû laïi vaøo tuùi; laáy moät vieân bi, ghi maøu saéc cuûa noù roài boû laïi vaøo tuùi; vaø laáy theâm moät vieân bi nöõa. Chuùng ta thaáy söï khaùc bieät giöõa hai caùch choïn treân : ta coù ba vieân bi khaùc nhau trong caùch thöù nhaát, coøn trong caùch thöù hai chuùng ta coù theå coù cuøng moät vieân bi trong nhieàu laàn laáy bi töø tuùi. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 97
  37. Ta thöû moâ hình toaùn hoïc hai caùch choïn treân. Moâ hình caùc laàn choïn nhö taäp hôïp A = {1,2,3} vaø caùc vieân bi nhö taäp hôïp B = {1,2,3, . . .,10}. Caùch choïn thöù hai töông öùng vôùi moïi aùnh xaï f töø A vaøo B. Caùch choïn thöù nhaát töông öùng vôùi caùc aùnh xaï f töø A vaøo B coùtínhchaátsau:f (x) f(y) neáu x y . Neáu xem moät con ngöôøi nhö laø moät phöùc hôïp theå chaát, tinh thaàn vaø caùc yeáu toá khaùc bieán ñoåi theo thôøi gian t kyù hieäu laø f(t), thì moãi con ngöôøi laø moät aùnh xaï töø moät khoaûng [a, b] vaøo taäp hôïp B nhöõng “con ngöôøi töùc thôøi” (moät con ngöôøi ôû ñuùng moät thôøi ñieåm naøo ñoù). AÙnh xaï naøy cuõng coù tính chaát GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 98 f (x) f(y) neáu x y .
  38. Ñònh nghóa.Cho X vaø Y laø hai taäp hôïp khaùc troáng, f laømoätaùnhxaïtöøX vaøo Y.Ta noùi f laø moät ñôn aùnh neáu vaø chæ neáu f(a) f(b)khia b, f f khoâng laø ñôn aùnh X Y f f laø ñôn aùnh X Y GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 99
  39. D. Chöùng minh f laø moät ñôn aùnh Cho f laø moät aùnh xaï töø moät taäp hôïp X vaøo taäp hôïp Y, ñeå chöùng minh f ñôn aùnh ta coù theå duøng caùc phöông phaùp sau Duøng ñònh nghóa : cho x vaø y trong X sao cho x y, chöùng minh f(x) f(y). Thí duï. Cho f(x) = x3 vôùi moïi x trong —. Chöùng minh f laø moät ñôn aùnh. Cho x vaø y thuoäc — sao cho x y. Ta coù f(x)-f(y)= x3 - y3 = (x - y)(x2+ xy + y2)= = (x-y) [ (x2+ y2)+(x + y)2]/2. Vì x y,tacoù (x-y) 0 vaø (x2+ y2)+ (x + y)2 > 0. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 100 Vaäy f(x)-f(y) 0hay f(x) f(y). Do ñoù f laø ñôn aùnh.
  40. Duøngñaûoñeà:cho x vaø y trong X sao cho f(x)= f(y), chöùng minh x = y. Thí duï. Cho f(x)= x5 – x4 +2x vôùi moïi x trong [1, ). Khaûo saùt söï ñôn aùnh cuûa f. ÔÛ ñaây ta chöa roõ phaûi chöùng minh f laø ñôn aùnh hay phaûi chöùng minh f khoâng laø moät ñôn aùnh. Chuùng ta duøng maùy tính ñeå ñònh höôùng giaûi toaùn. Ta duøng Mathematica ñeå xaùc ñònh caùc (x,y) sao cho x5 – x +2x = y5 - y+2y : ta veõ ñöôøng möùc 0 (level curve 0) cuûa haøm soá h(x,y)= x5 – x4 +2x – y5 + y4 -2y GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 101
  41. Ta duøng Mathematica ñeå xaùc ñònh caùc (x,y) sao cho x5-x4+2x = y5–y4+2y : ta veõ ñöôøng möùc 0 (level curve 0) cuûa haøm soá h(x,y)= x5 –x4 +2x –y5 + y4 -2y In[1]:= ContourPlot[x5 -x4 + 2x - y5 + y4 - 2y, x,-200,200, y,-200,200,Contours-> 0, PlotPoints-> 60, ContourShading->False] Out[1]:= -Graphics- Vaäy phöông trình x5 – x4 +2x = y5 - y4 +2y hình nhö chæ coù caùc nghieäm x = y. Töøñaâytavöõngloøngñeåcoágaéng GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 102 chöùng minh f laø moät ñôn aùnh.
  42. Cho x vaø y trong [1, ) sao cho f(x) = f(y). Ta seõ chöùng minh x = y. Ta duøng Mathematica In[1]:= Factor[x5 -x4 + 2x - y5 + y4 - 2y ] Out[1]:=(-x+y) (-2+x3–x4+ x2y –x3y+xy2–x2y2+y3-xy3–y4 ) Vaäy ta coù 0 = x5 -x4 + 2x - y5 + y4 -2y =(-x+y) (-2+x3–x4+x2y –x3y + xy2 –x2y2 + y3 - xy3 – y4 ) = (x-y)[2+x3(x -1) + x2y(x -1) + xy2(x -1) + y3(x -1) + y4] Vì x vaø y trong [1, ) neân [2 + x3(x-1) + x2y(x-1) + xy2(x-1) + y3(x-1) + y4] > 0 Suy ra x = y vaø f laø moät ñôn aùnh. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 103
  43. Chöùng minh f khoâng laø ñôn aùnh Ñeå chöùng minh f khoâng laø moät ñôn aùnh ta phaûi tìm x vaø y trong A sao cho x y vaø f(x) = f(y). Thoâng thöôøng ta ñoaùn ra x vaø y. Neáu khoâng thaáy ngay, ta neân giaûi phöông trình f(x)-f(y) = 0 vaø neân löu yù : phöông trình naøy coù moät nghieäm laø x = y, neân ta ñeå yù laø f(x)-f(y) coù theå phaân taùch thaønh thöøa soá trong ñoù coù (x - y). Thí duï. Cho f(x) = x2 +2x + 3 vôùi moïi x trong —. Khaûo saùt söï ñôn aùnh cuûa f . f(x)-f(y)=x2+2x - y2 -2y =(x2 -y2) + 2(x - y) = (x - y)(x + y +2). GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 104 Töø ñoù ta thaáy f(0) = f(-2) vaø f khoâng ñôn aùnh.
  44. Thí duï. Cho f(x) = x4 +2x3 vôùi moïi x trong —. Khaûo saùt söï ñôn aùnh cuûa f. Ta duøng Mathematica ñeå ñoaùn höôùng giaûi baøi toaùn nhö sau In[1]:= Plot[x4 + 2x3, {x, -4, 4} ] Töø ñaây ta thaáy f khoâng laø moät ñôn aùnh.Tuy nhieân, ta khoâng theå chæ nhìn treân ñoà thò maø noùi ñöôïc. Ta tieáp tuïc duøng Mathematica nhö sau In[2]:= Solve[x4 + 2x3 == 0, x] Out[2]:= x -> -2 , x -> 0, x -> 0 , x -> 0 Vaäy phöông trình x4+2x3= 0 coù hai nghieäm x =0 GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 105 vaø x =-2, do ñoù f(0)= f(-2)= 0 vaø f khoâng ñôn aùnh.
  45. Moät coâng ty du lòch ñònh höôùng tìm caùc tours du lòch thích hôïp vôùi moät soá ñoái töôïng coù khaû naêng chi cho du lòch nhöõng möùc khaùc nhau. Caùc möùc chi tieâu coù theå coù cuûa caùc ñoái töôïng maø coâng ty löu taâm ñöôïc moâ hình laø moät con B cuûa taäp hôïp caùc soá nguyeân döông. Caùc tours du lòch coù giaù tieàn ñöôïc lieät keâ trong B ñöôïc moâ hình nhö moät taäp hôïp A . Vaán ñeà ñöôïc moâ hình nhö sau : neáu f(x) laø giaù cuûa moät tour x, thì ta phaûi tìm taäp A sao cho vôùi moïi y trong B ñeàu coù moät x trong A sao cho f(x)=y. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 106
  46. Ñònh nghóa.Cho X vaø Y laø hai taäp hôïp khaùc troáng, f laømoätaùnhxaïtöøX vaøo Y.Ta noùif laø moät toaøn aùnh neáu vaø chæ neáu f(X)=Y, f f khoâng laø toaøn aùnh X Y f f laø toaøn aùnh X Y GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 107
  47. Trong moät thöû nghieäm ngöôøi ta quan saùt soá virus trong moät moâi tröôøng theo thôøi töøng thôøi gian ñònh tröôùc. Maët khaùc chuùng ta cuõng muoán xaùc ñònh caùc thôøi ñieåm ñeå soá löôïng virus trong moâi tröôøng ñoù ñaït ñeán caùc soá löôïng ñònh tröôùc. Chuùng ta moâ hình caùc vieäc treân nhö sau, moâ hình thôøi gian quan saùt nhö moät khoaûng A =[c, d], vaø soá virus ñöôïc quan saùt laø moät taäp hôïp B caùc soá nguyeân döông {n0, n0 +1, . . . , N}. Vieäc quan saùt soá virus trong moät moâi tröôøng theo thôøi töøng thôøi gian ñöôïc moâ hình nhö moät aùnh xaï f töø A vaøo B. Vieäc quan saùt thôøi ñieåm coù moät soá naøo ñoù löôïng virus trong moâi tröôøng ñöôïc moâ hìnhGIAI nhö TICH 1 moät- CHUONG aùnh HAI xaï g töø B vaøo A 108.
  48. Ñònh nghóa.Cho X vaø Y laø hai taäp hôïp khaùc troáng, f laømoätaùnhxaïtöøX vaøo Y.Ta noùi f laø moät song aùnh neáu vaø chæ neáu f ñôn aùnh vaø toaøn aùnh. f X Y f laø song aùnh GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 109
  49. Ñònh nghóa. Cho f laø moät song aùnh töø X vaøo Y. Vôùi moïi y Y ta coù duy nhaát moät x X sao cho f(x)=y,ñaëtg(y) = x. Ta thaáy g laø moät aùnh xaï töø Y vaøo X coù tính chaát sau : gof (x) = x vaø fog(y) = y vôùi moïi x X vaø vôùi moïi y Y.Ta noùi g laø aùnh xaï ngöôïc cuûa f vaø thöôøng kyù hieäu laø f -1. GIAI TICH 1 - CHUONG HAI 110