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Funciones I Dominio y rango La s m ate má tic as so n fác ile s √ ⃗ ̅ Álgebra 16 Christiam Huertas Nivel UNI Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 1 Conceptos previos Par ordenado Es un ente matemático que consta de dos elementos donde importa el orden en su representación. Notación: ( ) donde: y son números reales. es la primera componente. es la segunda componente. Ejemplo 1. Ejemplos de pares ordenados: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ), ( ), ( ), … OBS. Los pares ordenados ( ) y ( ) son diferentes (pues, importa el orden). Igualdad de pares ordenados Sean , , y números reales. ( ) ( ) Ejemplo 2. Si ( ) ( ), entonces y . Si ( ) ( ), entonces y es decir, y Ejemplo 3. Si los pares ordenados ( ) y ( ) son iguales, calcule el valor de . Resolución. Por dato: ( ) ( ) Entonces, se debe cumplir: y Se forma el sistema: { ( ) ( ) ( ) por : ( ) Sumamos ( ) y ( ): Reemplazando en ( ): Por lo tanto, . Producto cartesiano Dados dos conjuntos no vacíos y ; el producto cartesiano de con se denota y define de la siguiente manera: {( ) } Es decir, es un nuevo conjunto cuyos elementos son pares ordenados FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 2 Christiam Huertas (+51) 993473766 donde la primera componente es un elemento de y, la segunda componente es un elemento de . Ejemplo 4. Dados los conjuntos: { } y { } halle y . Resolución. Hallemos : {( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} Hallemos : {( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} Notamos que los elementos de son diferentes a los de . Es decir, . Propiedades 1. 2. Si 3. ( ) ( ) ( ) Donde ( ) nos indica el número de elementos diferentes del conjunto . Notación. Es decir, es el producto cartesiano de con . Así, por ejemplo: Ejemplo 5. Dado el conjunto { }, halle ; es decir, . Resolución. Se tiene el conjunto { }, entonces: {( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} Plano cartesiano El conjunto denotado por {( ) } se denomina plano cartesiano, cuya representación geométrica es: donde es el eje de las abscisas. es el eje de las ordenadas. Los ejes e se interceptan perpendicularmente en el punto ( ), llamado origen de coordenadas. Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 3 Ejemplo 6. Represente geométricamente el par ordenado ( ). Resolución. La representación geométrica de un par ordenado es un punto en el plano cartesiano. Realizamos lo siguiente: (primera componente) lo ubicamos sobre el eje . (segunda componente) lo ubicamos sobre el eje . Luego prolongamos, y el punto de intersección es la representación geométrica. Gráficamente: Ejemplo 7. Dados los conjuntos { } y { }. Represente geométricamente . Resolución. Se tienen los conjuntos: { } y { } Primero hallemos : {( ) ( ) ( ) ( )} Para representar geométricamente , ubicamos cada par ordenado en el plano cartesiano: Ejemplo 8. Dado los conjuntos: { } { } Halle gráficamente el producto cartesiano . Resolución. Tenga en cuenta que ambos conjuntos son intervalos: { } [ ] { } [ ] Por definición de producto cartesiano se tiene que: {( ) [ ] [ ]} Este conjunto tiene infinitos pares ordenados que al ser representados en el planos cartesiano se forma la siguiente región: ( ) FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 4 Christiam Huertas (+51) 993473766 Relación binaria Dados dos conjuntos no vacíos y . Una relación binaria de en es un subconjunto de . Es decir, es una relación de en si: Ejemplo 9. Tomando el producto cartesiano visto en el ejemplo : {( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} se obtienen algunas relaciones de en : {( )} {( ) ( )} {( ) ( ) ( )} {( ) ( ) ( ) ( )} OBS. Si es un conjunto de elementos y un conjunto de elementos, el conjunto tiene elementos. Existen, por lo tanto, subconjuntos de , o sea, posibles relaciones entre los elementos de ambos conjuntos. Notación. La relación de en se denota como: → o → Se lee: relación de en . Es usual designar al conjunto como conjunto de partida y a , como conjunto de llegada. Ejemplo 10. Dados los conjuntos { } y { } Halle la relación definida por {( ) } Resolución. Primero hallemos el producto cartesiano de y : {( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} Por definición de la relación , un elemento ( ) de pertenece a si la primera componente es menor que la segunda componente. De los pares ordenados que pertenecen a , busquemos los que cumplen con tal condición. Luego, {( ) ( )} Ejemplo 11. Dados los conjuntos { } y { } Halle la relación definida por {( ) } Resolución. Primero hallemos el producto cartesiano de y : {( ) ( ) ( ) ( ) Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 5 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} Por definición de la relación , un elemento ( ) de pertenece a si la suma de sus componentes da como resultado un número par. De los pares ordenados que pertenecen a , busquemos los que cumplen con tal condición. Luego, {( ) ( ) ( ) ( )} Dominio y rango de una relación Sea una relación de en tal que {( ) } Luego, Dominio de . Es el conjunto formado por todas las primeras componentes de los pares ordenados ( ) de , se denota por ( ). Es decir: ( ) { ( ) } Rango de . Es el conjunto formado por todas las segundas componentes de los pares ordenados ( ) de , se denota por ( ). Es decir: ( ) { ( ) } Ejemplo 12. Tomando la relación del ejemplo 11: {( ) ( ) ( ) ( )} se tiene, ( ) { } ( ) { } Ejemplo 13. Dados los conjuntos { } y { } calcule la suma de los elementos del rango de la relación definida por: ( ) ( ) ( ) Resolución. Primero hallemos el producto cartesiano de y : {( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )} Los pares ordenados ( ) de que cumplen las condiciones ( ) ( ) son los siguientes: ( ) ( ) ( ) Luego, {( ) ( ) ( )} Además: ( ) { } ( ) { } Por lo tanto, la suma de los elementos del rango es: FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 6Christiam Huertas (+51) 993473766 Relaciones funcionales o aplicaciones Una relación entre elementos de un conjunto y elementos de un conjunto es una función o aplicación de en si y solo si, verifica las siguientes condiciones: 1° Condición de existencia: Para todo elemento , le corresponde un único elemento , llamado imagen. 2° Condición de unicidad: Si ( ) y ( ) , entonces . Ejemplo 14. ¿Cuál de las siguientes relaciones es una función? a) {( ) ( ) ( )} b) {( ) ( ) ( ) ( )} c) {( ) ( ) ( ) ( )} Resolución. Representamos cada relación mediante un diagrama sagital: a) {( ) ( ) ( )} Vemos que cumple la definición, luego es una función. b) {( ) ( ) ( ) ( )} Vemos que cumple la definición, luego es una función. c) {( ) ( ) ( ) ( )} No es una función, pues tiene dos imágenes. Ejemplo 15. Si el conjunto {( ) ( ) ( ) ( )} es una función, calcule el valor de . Resolución. Aplicamos la condición de unicidad. Como: ( ) y ( ) entonces las segundas componentes deben ser iguales. Es decir: Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 7 ( )( ) Reemplazamos estos valores para verificar si es o no una función: Si : {( ) ( ) ( )} es una función. Si : {( ) ( ) ( )} no es función, pues el elemento tiene dos imágenes diferentes. Por lo tanto, el valor de es . Gráficamente: Notación: → Se lee: “función de en ” Dominio y rango de una función Sea una función de en . Luego, Dominio de la función Es el conjunto formado por todas las primeras componentes de los pares ordenados ( ) de , se denota por ( ). Es decir: ( ) { ( ) } Rango de la función Es el conjunto formado por todas las segundas componentes de los pares ordenados ( ) de , se denota por ( ). Es decir: ( ) { ( ) } También se puede denotar así: ( ) ( ) Ejemplo 16. Tomamos la función del ejemplo 27: {( ) ( ) ( )} Entonces: ( ) { } ( ) { } Ejemplo 17. Tomamos la función del ejemplo 27: {( ) ( ) ( ) ( )} Entonces: ( ) { } ( ) { } FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 8 Christiam Huertas (+51) 993473766 Regla de correspondencia Sea una función, entonces ( ) ( ) La expresión ( ) indica que esta asociado con una . Se lee: “ es igual a de ” A ( ) se le conoce como la regla de correspondencia de la función , y nos permite calcular la imagen de cualquier elemento del dominio de . Ejemplo 18. Dada la función {( ) ( ) ( ) ( )} Se sabe que: Como ( ) , entonces ( ) Como ( ) , entonces ( ) Como ( ) , entonces ( ) Como ( ) , entonces ( ) Damos forma: ( ) ( ) ( ) ( ) Es decir, ( ) Es la regla de correspondencia de la función . OBS. Tomando la función del ejemplo anterior {( ) ( ) ( ) ( )} Notamos que: toma los siguientes valores: { }, que es el dominio de la función . toma los siguientes valores: { }, que es el rango de la función . Es decir, cuando se tiene una función mediante su regla de correspondencia ( ), para hallar su dominio y rango procedemos de la siguiente manera: ( ) son los valores que toma la variable que hacen que la función exista. ( ) son los valores que toma la variable a partir de los valores de . Es decir, el valor de la variable depende del valor de la variable . Esto quiere decir, que el rango se calcula a partir del dominio de la función. Ejemplo 19. Halle el dominio y rango de la función ( ) √ Resolución. Recuerde que primero se debe hallar el dominio y luego el rango (a partir del dominio). i) Dominio de Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 9 La función ( ) √ esta bien definida, siempre y cuando la raíz de índice par exista en los reales. Es decir: [ ⟩ Luego, ( ) [ ⟩ ii) Rango de Se tiene la función: √ El rango lo hallamos a partir del dominio. Como (Con este dato, formamos la función) Restamos : Tomamos √ : √ Sumamos : √ ⏟ [ ⟩ Luego, ( ) [ ⟩ Tenga en cuenta que: Toda función queda bien definida si se conocen su dominio y su regla de correspondencia. OBS. No es lo mismo y ( ), pues es la función misma, mientras que ( ) es la regla de correspondencia de la función . Luego, {( ( )) ( )} Función real de variable real Diremos que la función es una función real de variable real, si y son subconjuntos de los reales. Es decir: y . Ejemplo 20. Dada la función [ ⟩ tal que ( ) √ , es una función real de variable real. En efecto: ( ) [ ⟩ Técnicas para hallar el dominio y rango de una función 1 Dominio Para funciones que involucren fracciones Tenga en cuenta que: Ejemplo 21. Halle el dominio de la función ( ) FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 10 Christiam Huertas (+51) 993473766 Resolución. La función esta bien definido en si Es decir, puede tomar cualquier número real, menos el número . Por lo tanto, ( ) { }. Ejemplo 22. Halle el dominio de la función ( ) Resolución. La función está bien definido en si Factorizamos la expresión cuadrática: ( )( ) Es decir, puede tomar cualquier número real, menos el y el . Por lo tanto, ( ) { }. Ejemplo 23. Halle el dominio de la función ( ) | | Resolución. La función está bien definido en si | | | | Es equivalente a colocar: (| | ) Resolvemos la ecuación con valor absoluto: ( ) ( ) Es decir, puede tomar cualquier número real, menos el y el . Por lo tanto, ( ) { }. Para funciones que involucren raíces Tenga en cuenta que: √ √ Es decir, cuando el índice es par el radicando debe ser no negativo; cuando el índice es impar el radicando puede ser cualquier número real. Ejemplo 24. Halle el dominio de la función ( ) √ Resolución. La función esta bien definido en si Recuerde: √ √ √ √ ⟨ ] [ ⟩ Por lo tanto, ( ) ⟨ ] [ ⟩ Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 11 Ejemplo 25. Halle el dominio de la función ( ) √ √ Resolución. La función esta bien definido en si Lo representamos en la recta real:Es decir, [ ]. Por lo tanto, ( ) [ ]. Para funciones paramétricas Tenga en cuenta que: En la función ( ) tal que {( ( ) ( ) ) } Los valores de la primera componente forman el dominio. Los valores de la segunda componente forman el rango. Ejemplo 26. Sea una función tal qué {( ) 〈 〉} Halle su dominio. Resolución. Por dato: ( ) entonces, los valores que toma la primera componente forman al dominio de . Además, 〈 〉 Es decir, Restamos : Es decir, ( ) 〈 〉 Por lo tanto, ( ) 〈 〉. 2 Rango Para funciones con dominio explícito Tenga en cuenta que: En estos casos el dominio siempre aparece como dato, y a partir de este dato hallamos el rango. Ejemplo 27. Dada la función lineal ( ) tal que [ ⟩, halle su rango. Resolución. En una función lineal, se forma la variable a partir del dominio. Se tiene la función: Por dato: [ ⟩ Es decir, Multiplicamos por : Restamos : ⏟ Es decir, FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 12 Christiam Huertas (+51) 993473766 [ ⟩ Por lo tanto, ( ) [ ⟩. Ejemplo 28. Dada la función cuadrática ( ) tal que [ ⟩, halle su rango. Resolución. En una función cuadrática, primero se completa el cuadrado y luego se forma la variable a partir del dominio. Se tiene la función: Completamos el cuadrado: ( ) Por dato: [ ⟩ Es decir, Sumamos : Elevamos al cuadrado: ( ) Sumamos : ( ) ⏟ Es decir, [ ⟩ Por lo tanto, ( ) [ ⟩. Ejemplo 29. Dada la función racional ( ) tal que 〈 〉, halle su rango. Resolución. En una función racional, si solo hay variable en el denominador, se forma la variable de forma directa. Si hay variable tanto en el numerador como en el denominador, entonces buscamos un equivalente de forma que solo haya variable en el denominador. Resolución. Se tiene la función: Primero buscamos un equivalente de manera que solo haya variable en el denominador: Por dato: 〈 〉 Es decir, (A partir del dominio, se forma la variable y) Restamos : Invertimos: Multiplicamos por : Sumamos : ⏟ Es decir, Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 13 〈 〉 Por lo tanto, ( ) 〈 〉 Para funciones con dominio implícito Tenga en cuenta que: En estos casos el dominio no se especifica, por ende, lo tenemos que hallar previamente para luego hallar el rango. Ejemplo 30. Halle el rango de la función ( ) Resolución. Primero hallamos el dominio. Como no hay restricción para la variable , entonces ( ) Como ya se ha indicado líneas arriba, en una función cuadrática, primero se completa el cuadrado y luego se forma la variable a partir del dominio. Se tiene la función ( ) Recuerde: Si , entonces En nuestro caso: Luego, ( ) Sumamos : ( ) ⏟ [ ⟩ Por lo tanto, ( ) [ ⟩. Ejemplo 31. Halle el rango de la función ( ) Resolución. Primero hallamos el dominio. Como no hay restricción para la variable , entonces ( ) Se tiene la función: Completamos el cuadrado: ( ) ( ) (( ) ) ( ) Como Entonces ( ) Multiplicamos por : ( ) Sumamos : ( ) ⏟ ⟨ ] Por lo tanto, ( ) ⟨ ]. FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 14 Christiam Huertas (+51) 993473766 Para funciones crecientes o decrecientes Tenga en cuenta que: Si es una función creciente con dominio [ ], entonces su rango es: ( ) [ ( ) ( )] Si es una función decreciente con dominio [ ], entonces su rango es: ( ) [ ( ) ( )] Ejemplo 32. Halle el rango de la función ( ) ⟨ ] Resolución. La función es creciente, pues su derivada es positiva ⟨ ]. En efecto: Hallemos la derivada de ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Notamos que si toma valores en el intervalo ⟨ ], entonces ( ) . Como la función ( ) es creciente en ⟨ ], entonces: ( ) ⟨ ( ) ( )] ( ) ⟨ ] Ejemplo 33. Dada la función ⟨ ] tal que ( ) Calcule el rango de . Resolución. La función es decreciente, pues su derivada es negativa ⟨ ]. En efecto: Hallemos la derivada de ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Notamos que si toma valores en el intervalo ⟨ ], entonces ( ) . Como la función ( ) es decreciente en ⟨ ], entonces: ( ) [ ( ) ( )⟩ ( ) [ ⟩ Para funciones racionales (usando el discriminante de una cuadrática) Tenga en cuenta que: El discriminante de la ecuación cuadrática Se denota y define como: Álgebra FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO (+51) 993473766 Christiam Huertas 15 Ejemplo 34. Halle el rango de la función ( ) Resolución. Se tiene la función cuyo dominio es todo los reales: El proceso es el siguiente: El denominador lo pasamos a multiplicar: ( ) Formamos la ecuación cuadrática ( ) ( ) Analizamos el valor del discriminante Como ; es decir, la ecuación cuadrática tiene raíces reales, entonces su discriminante debe ser mayor o igual a cero: ( ) ( )( ) ( )( ) Cancelamos : ( )( ) Resolvemos la inecuación √ √ Por lo tanto, ( ) [ √ √ ]. Para funciones varios (usando la desigualdad de las medias) Tenga en cuenta que: Si , entonces √ Si , entonces √ Si , entonces √ En general: Si , entonces: √ Ejemplo 35. Sea 〈 〉 una función tal que ( ) Halle su rango. Resolución. Por dato, ( ) 〈 〉 Es decir, Luego, √ √ FUNCIONES I: DOMINIO Y RANGO Álgebra 16 Christiam Huertas (+51) 993473766 ⏟ Por lo tanto, ( ) [ ⟩ Propiedad: En general: √ Ejemplo 36. Sea 〈 〉 una función tal que ( ) Halle su rango. Resolución. Por dato, ( ) 〈 〉 Es decir, Hallemos el rango. Se tiene la función Acomodamos convenientemente: Como , aplicamos la desigualdad de las medias de la siguiente manera: √ √⏟ [ ⟩ Por lo tanto, ( ) [ ⟩.
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