1.1 映射与函数

高等数学A1



周维祺

回顾:所学习过的映射与函数的概念?

映射

  • 给定集合X,YX,Y

  • 若对XX中的任意元素xx, YY中都有唯一确定的元素yy与之对应,则称这样的法则为XX到YY的映射,记作f:X→Yf: X\to Y.

  • yy称为xx的像,xx称为yy的原像,记作y=f(x)y=f(x).

符号的规范性

  • f:X→Yf: X\to Y

  • f:x↦yf: x\mapsto y

  • C\mathbb C, R\mathbb R, Q\mathbb Q, N\mathbb N

注意X,YX,Y中的元素也可以是集合

一些概念

  • 满射:YY中的每个元素都有原像

  • 单射:若x1≠x2x_1\neq x_2,则f(x1)≠f(x2)f(x_1)\neq f(x_2)

  • 双射:既是满射又是单射,即一一对应

      

练习

  • 判断以下映射是单射,满射,还是双射

  • f:R→[−1,1],f(x)=sin⁡xf:\mathbb R\to[-1,1], \quad f(x)=\sin x

  • f:R→R,f(x)=exf:\mathbb R\to\mathbb R, \quad f(x)=e^x

  • f:N→2N,f(n)=2nf:\mathbb N\to2\mathbb N, \quad f(n)=2n

另一些概念

  • 复合映射:若f:X→Yf: X\to Y, g:Y′→Zg: Y'\to Z,且Y⊆Y′Y\subseteq Y',则g(f(x))∈Zg(f(x))\in Z,称为gg和ff的复合映射,记作g∘fg\circ f (注意次序)

  • 逆映射:若y=f(x)y=f(x)是XX到YY的单射,则称x=g(y)x=g(y)为ff的逆映射

  • 逆映射具有自反性,若gg是ff的逆映射,则ff也是gg的逆映射,且f∘g=g∘ff\circ g=g\circ f是恒等映射(自映射)

本课程中函数特指X→RX\to\mathbb R的映射

在多数场合下函数与映射的含义相同,可以替换使用

已经熟悉的概念

定义域、值域、单调性、奇偶性、反函数、复合函数

值得一提的概念

  • 有界:存在M>0M>0,使∣f(x)∣≤M|f(x)|\le M对任意x∈Xx\in X都成立

  • 有上界:存在M∈RM\in\mathbb R,使f(x)≤Mf(x)\le M对任意x∈Xx\in X都成立

  • 有下界:存在M∈RM\in\mathbb R,使f(x)≥Mf(x)\ge M对任意x∈Xx\in X都成立

  • 周期性:f:R→Rf:\mathbb R\to\mathbb R,存在T>0T>0,使得f(x+T)=f(x)f(x+T)=f(x)对任意x∈Rx\in\mathbb R都成立

练习

  • 判断函数的有界性:

  • f(x)=x−1,f(x)=x−2,f(x)=(1+∣x∣)−1f(x)=x^{-1},\quad f(x)=x^{-2}, \quad f(x)=(1+|x|)^{-1}

  • 判断函数的周期性:f(x)={1x∈Q0x∈R∖Qf(x)=\begin{dcases}1 & x\in\mathbb Q \\ 0 & x\in\mathbb R\setminus\mathbb Q\end{dcases}

初等函数

常函数、幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数
经过有限次四则运算或复合所得的函数

小结

  • 映射和函数的定义

  • 单射、满射、双射、复合映射、逆映射

  • 单调性、有界性、周期性、奇偶性、反函数

  • 初等函数的概念