Untitled Document


Композиция функций

Если даны два отображения $ {f:X\to U_1}$ и $ {g:U_2\to Y}$, где $ U_2\sbs U_1$, то имеет смысл "сквозное отображение" $ {x\mapsto u\mapsto y}$ из $ X$ в $ Y$, заданное формулой $ y=g(f(x))$, $ x\in X$, которое называется композицией функций $ f$ и $ g$ и обозначается $ g\circ f$.

Рис.1.30.Сквозное отображение $ x\mapsto u\mapsto y$ из $ X$ в $ Y$


Таким образом, $ g\circ f:X\to Y$, $ (g\circ f)(x)=g(f(x))$ при всех $ x\in X$. Другое название композиции -- сложная функция (так как сквозное отображение $ g\circ f:x\mapsto u\mapsto y$ "сложено" из отображений $ f:x\mapsto u$ и $ g:u\mapsto y$).

        Пример 1.18   Пусть $ f(x)=\sin x$, $ x\in X=[0;\frac{\pi}{2}]$, и $ g(u)=\sqrt{1-u^2}$, $ u\in U_2=[-1;1]$. Тогда $ \mathcal{E}(f)=[-1;1]=U_2$, и определена композиция

$\displaystyle h(x)=(g\circ f)(x)=\sqrt{1-\sin^2x}=\cos x.$

    

        Упражнение 1.3   Покажите, что если заменить множество $ X$ в предыдущем примере на $ X=[-\frac{\pi}{2};0]$, то композиция $ g\circ f$ снова будет определена, но равна теперь $ -\cos x$, а не $ \cos x$.     

        Пример 1.19   Пусть $ f(x)=x+\frac{\pi}{2}$, $ x\in X=\mathbb{R}$, и $ g(u)=\sin u$, $ u\in U_2=\mathbb{R}$. Тогда определена композиция $ g\circ f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}$, заданная формулой $ y=g(f(x))=\sin(x+\frac{\pi}{2})$. По известной формуле приведения полученная композиция -- это косинус: $ (g\circ f)(x)=\cos x$ при всех $ x\in\mathbb{R}$.     

        Замечание 1.5   Даже если для функций $ f$ и $ g$ имеют смысл обе композиции $ {h_1=f\circ g}$ и $ {h_2=g\circ f}$ (что бывает далеко не для любой пары функций $ f$ и $ g$), то функции $ h_1$ и $ h_2$ не обязаны совпадать; как правило, это не так.     

        Пример 1.20   Пусть $ f(x)=x^2$ и $ g(x)=\sin x$, $ X=U_1=U_2=Y=\mathbb{R}$. Тогда $ h_1(x)=f(g(x))=\sin^2x$, а $ h_2(x)=g(f(x))=\sin(x^2)$. Очевидно, что это разные функции: $ \sin^2x\geqslant 0$ при всех $ x\in\mathbb{R}$, а $ \sin(x^2)$ принимает значение $ -1$, например, при $ x=\sqrt{\frac{3\pi}{2}}$.     

Применяя композицию функций, которые сами могут получаться как композиции, мы можем получать сложные функции вида $ h(g(f(x)))$ и более длинные композиции.

Физика лабы
Элементарная математика Кратные интегралы Математический анализ
Векторный анализ Аналитическая геометрия Пределы функции Изучение функции Конспекты по математике Комплексные числа Дифференциальные уравнения Определенные интегралы Лекции по высшей математике Исследование функций Вычисление объема с помощью интегралов Алгеброические структуры