Bèlantre nan fonksyon matematik yo

FONKSYON : YON NOSYON KI SOTI LWEN

Tablèt babilonyen
Yon tablèt ki pèmèt ou jwenn envès yon seri nonb, nan sans Babilonyen yo (Par M0tty — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27862093)

Lide « fonksyon » an sanse parèt nan tout sòs nan matematik la. Si se vre depi sou tan Babilonyen yo (2000 avan Jezikri), moun ap eseye tabli koneksyon ant divès kategori nonb, koneksyon sa yo pa t twò enterese matematisyen yo tankou yon sijè etid poukont yo. Se menm konsta a nou fè lè nou rive sou Grèk yo, mwens pase 10 syèk avan Jezikri, sitou kanmarad Pythagore (Pitagò) yo nan domèn mizik, ak matematisyen Alexandrie yo (Aleksandri) nan sa ki gen pou wè ak trigonometri epi astwonomi. Lide « fonksyon » an te gentan la anba anba, men yo pa t ko janm etidye l poukont li.

Soti 13yèm al 14yèm syèk apre Jezikri, travay rechèch nan domèn fizik, sitou sinematik ki se yon branch ki ap etidye mouvman, pèmèt yo dekouvri yon bann relasyon ki konekte vitès, tan, elt. Men tout lè sa yo, fòk nou di, relasyon sa yo se te swa sou fòm fraz (ki pafwa disèt longè), swa sou fòm tablo osnon sou ang jewometri kesyon an senpman. Fòmil pa te ko alamòd.

Se Viète François (Vyèt Franswa), nan 16yèm syèk la, ki vin rann fòmil matematik yo alamòd pou dekri pwoblèm yo ak solisyon yo yon fason ki jeneral. Dayè, se annapre sa, Galilée (Galile) ak Kepler t apral pwopoze yon seri bèl fòmil nan domèn fizik.

17yèm syèk, Descartes (Dekat) tabli yon relasyon klè kou dlo kokoye nan mitan koub ki nan yon espas kwadriye espesyal yo rele plan katezyen ak fòmil polinom yo. Koneksyon sa te tabli finalmanvre dènye pon ki ta pral pèmèt yo trete yon seri pwoblèm gras ak fòmil sèlman (aljèb), san yo pa blije esklav jewometri.

Apre sa matematisyen yo tonbe fè yon bann bèl dekouvèt sou fonksyon yo (gras ak fòmil yo), menm si mo « fonksyon » an poukont pa li pa t ko sèvi. Se jis an 1673 mo a premye parèt tèt li anba kout plim Leibniz, men definisyon l lan rete jewometrik toujou. Pa Bernouilli a annapre pi laj, li di fonksyon yon kantite vayab se tout kantite ou rive konstwi apati varyab sa a. Men tout lè sa a, te gen yon kategori fonksyon, tankou logarit yo, ou pa t ka konstwi avèk senp operasyon aljebrik sou polinom yo (adisyon, miltiplikasyon, divizyon, soustraksyon, rasin). Pi ta, 18yèm syèk, sa pral pouse Euler klase tout fonksyon yo nan 2 kategori : fonksyon aljebrik yo (ki sèvi ak 5 operasyon aljebrik yo pou defini tèt yo) epi fonksyon transandan yo (fonksyon trigonometrik yo, logarit yo, elt. ki pa ka konstwi senpman ak operasyon aljebrik yo, pafwa operasyon sa yo oblije plede repete san kanpe).

Sèl bagay, ann apre yo vin dekouvri klasifikasyon ki baze sou operasyon aljebrik yo Euler te pwopoze a, manke jeneral. Ki fè, apre travay matematisyen tankou Cauchy (Kotchi), Dirichlet (Dirichlè), Riemann (Rimann), nou ka finalman di fonksyon an se nenpòt ki relasyon ki makonnen 2 ansanm nonb. Men pou dokiman sa, nou p ap bezwen nivo jeneralite sa a, n ap konsantre nou sou konsepsyon tradisyonèl fonksyon yo apati nosyon operasyon aljebrik la epi lide 2 ansanm nonb ki konekte yonn ak lòt gras ak fonksyon an.

YON APWOCH SENP SENP NOSYON FONKSYON AN

Yon egzanp senp nou ka pran pou esplike nosyon fonksyon an, se relasyon ki genyen nan mitan kòb yon pasaje peye yon chofè ak monnen chofè a gen pou ba li. Si pri trajè a 15 Goud, monnen chofè a ap remèt la dwe egal ak diplis ki genyen nan kòb pasaje a lonje ba li a. Si pasaje a lonje 15 Goud bay chofè a, monnen an ap zewo bare, si l lonje 20 Goud, monnen an ap 5 Goud, si l lonje 100 Goud, monnen an ap 85 Goud. Boutofen, nou ka wè monnen chofè a ap remèt la li fonksyon kantite kòb pasaje a lonje ba li. Si nou konn konbyen pasaje a bay (an nou rele kantite sa X), enben nou tou konnen konbyen chofè a ap remèt (Y), paske :

Y = X-15

Poutèt Y se yon fonksyon X, yo pran abitid ekri relasyon an sou fòm sa :

Y=f(X)

Kote  se non fonksyon ki makonnen Y ak X la. Nou kapab li l : Y egal f de X. Yo rele kantite nou jwenn pou Y la : imaj X nan f oswa atravè f. Mo imaj la enteresan, li fè nou wè fonksyon an tankou yon kamera osnon yon glas ki ap reflete imaj yon objè, menm si imaj sa konn depaman ak objè a (nan matematik nou rele objè a « antesedan »).

Pou nou retounen nan egzanp pasaje a, si nou suiv byen, nou ap wè yon fwa nou konnen konbyen pasaje a peye (X), se yon sèl kantite ki posib pou chofè a ba li pou monnen. Si pasaje a peye 20 Goud, chofè a p ap ba li lòt monnen pase 5 goud li bay anplis 15 Goud ki se pri trajè a. Kidonk, fonksyon « remèt monnen an », nan egzanp nou an, pou chak antesedan (X) p ap bay plis pase yon imaj (Y). Mak frabrik mòd fonksyon sa yo ki pa janm bay plis pase yon imaj yo, li pote non « inivosite[1] » (yonsèlvwa). Lè konsa, yo di fonksyon an inivòk (yonsèlvwa), sa vle di pou chak antansedan ou pote pou li, li p ap remèt ou plis pase yon grenn imaj. Se tankou ou te di fonksyon an pa gen de mo, se yon sèl mo li genyen. Se pa tout fonksyon ki yonsèlvwa. Men an jeneral, depi yo di fonksyon, lide sa a tou parèt anba anba. Kanta pou fonksyon ki pa yonsèlvwa yo, lè konsa yo di yo « miltivòk » (plizyèvwa). Menm egzanp chofè ak pasaje a ka ede nou la ankò.

Lè pasaje a peye, gen yon sèl kantite kòb chofè a ka remèt li pou monnen, paske fonskyon « remèt monnen » an « yonsèlvwa ». Pa gen de imaj posib. Kidonk depi w konnen konbyen kòb pasaje a te bay, ou tou konnen konbyen chofè a pral remèt. Menm jan an tou si w pran revè sitiyasyon sa a, depi w konn konbyen kòb monnen (Y) chofè a te remèt, ou tou konnen konbyen pasaje a te peye (X=Y+15). Lanvè fonksyon f la yo rele li « resipwòk » fonksyon an (li ekri f^{-1} ). Nan egzanp nou an resipwòk la se :

X=f^{-1}(Y)=Y+15

Men yon fonksyon kapab yonsèlvwa poutan revè l pa sa. Egzanp :

Y=f(X)=X^2 \Rightarrow X=f^{-1}(Y)=\pm(\sqrt{Y})

Kidonk, pou chak X, gen yon sèl Y, men pou chak Y gen de X (yonn pozitif, yonn negatif). Tankou la, \displaystyle{{(3)}^2=9}  sèlman, epoutan genyen de fason ou ka jwenn menm 9 sa a lè w pran resipwòk la, swa ou sèvi ak 3 a osnon ak -3 a (paske  \displaystyle{{(-3)}^2=9} tou). Ki fè la, nou wè yon fonksyon kapab yonsèlvwa epoutan resipwòk li plizyèvwa. Lè konsa, depi sa posib, ou dekonpoze fonksyon plizyèvwa a an plizyè ti fonksyon yonsèlvwa.

Men yon lòt egzanp senp senp ki pote plis limyè sou fonksyon plizyèvwa yo. An nou pran yon klas ki gen plizyè elèv, epi nou defini yon fonksyon ki koresponn chak ane ak laj elèv yo genyen pandan ane sa a. Yon fonksyon kon sa gen anpil chans pou li plizyèvwa, paske nan yon klas, se pa tout elèv yo ki gen menm laj.

Dènye nosyon n ap prezante nan seksyon sa a, se koze « domèn definisyon » an. An nou retounen nan egzanp chofè ak pasaje a.

Li klè fonksyon « remèt monnen » an bezwen de kategori chif pou li fonksyone. Chak kategori sa yo fòme yon ansanm. Gen yon ansanm ki nan antre fonksyon an, nou ap rele l « ansanm demaraj la » (E). Nan egzanp nou an, se kòb pasaje a ap lonje bay chofè a (X). Gen yon lòt ansanm ki nan pa pòt soti fonksyon an, nou ap rele li, « ansanm final la » (F). Nan egzanp lan, se tout monnen posib chofè a ka remèt yon pasaje (Y). Depi kounye a n ap remake, se pa tout kòb pasaje a ka lonje bay chofè a! Pasaje a pa ka bay chofè a mwens pase pri trajè a koute, si se pa sa tranzaksyon an p ap fèt. Poutèt pri trajè a se 15 Goud, pi piti kòb pasaje a ka bay se 15 Goud. Menm si teyorikman pasaje a ta ka lonje nenpòt kòb ki pi wo pase pri trajè a bay chofè a, nou konnen an reyalite kòb li ap lonje a p ap depase 1000 Goud (paske pa gen pi gwo biyè lajan pase sa nan moman tèks sa ap ekri a). Kidonk pou nou senplifye, nou ka di, tout kòb pasaje a ka lonje bay chofè a twouve yo nan limit 15 Goud rive 1000 Goud. Se nan entèval demaraj sa a fonksyon an gen sans, pou tout nonb ki pa nan entèval sa a, fonksyon « remèt monnen » an sanlè pa bay okenn imaj. Poutèt fonksyon an se sou entèval sa li defini, yo rele entèval sa a « domèn definisyon » fonksyon an.

Nosyon domèn definisyon an evite nou tonbe nan yon kafouyay ki konn genyen nan mitan nosyon aplikasyon an ak nosyon fonksyon an. Nou ka tou konprann kote konfizyon sa a konn soti. Pou gen yon aplikasyon, fòk chak eleman nan ansanm demaraj la gen yon sèl grenn imaj, ni mwens ni plis. Epoutan, fonksyon an, nan sans laj li, jis bezwen pou chak eleman nan ansanm demaraj la gen yon sèl imaj pou pi plis, sa vle di li ka genyen mwens (zewo imaj). Kifè, ansanm demaraj la ka pi laj pase ansanm definisyon  an. Sa tou mennen nou nan sans ki pi sentre nosyon fonksyon an konn genyen an, kote chak eleman ansanm demaraj la genyen yon sèl grenn imaj, ni plis ni mwens : lè sa a, li gen menm sans ak nosyon « aplikasyon » an. Men poutèt yo pa toujou presize ansanm demaraj ak ansanm final yo, sa finalman konn lakoz tou de nosyon sa yo nan konpetisyon yonn ak lòt, yo konn sèvi ak tou de nan menm sans.

Finalman yon bon fason nou ka reprezante yon fonksyon ki gen E pou ansanm demaraj epi F pou ansanm final, se :

Tankou fonksyon « remèt monnen » nou te pran pou egzanp lan, nou ka reprezante li konsa[2] :

Kounye a, nou pare pou nou dekòtike nosyon fonksyon an ak zouti ki pi fòmèl, pi estanda.

YON APWOCH ESTANDA NOSYON FONKSYON  AN

DEFINISYON YON FONKSYON

Gen bezwen twa enfòmasyon pou defini yon fonksyon f:

1) Yon ansanm demaraj (E)

2) Yon ansanm final (Y)

3) Yon règ ki konekte eleman ansanm demaraj la (x) ak eleman ansanm final la (y)

Soti kounye a, sèl si nou ta di lekontrè, tout fonksyon nou ap sèvi yo ap yonsèlvwa. Nou ap konsantre nou sou eleman ki nan ansanm reyèl yo, R, alafwa pou ansanm demaraj la, E, epi pou ansanm final la, F. Yon fonksyon kon sa gen yon sèl varyab reyèl nan ansanm demaraj la, ki rele varyab endepandan, ak yon sèl varyab reyèl nan ansanm final la, ki rele varyab depandan. Yo konn rele fonksyon sa yo « fonksyon reyèl varyab reyèl », ki gen pou mak fabrik :

1) Yon ansanm demaraj R

2) Yon ansanm final R

3) Yon règ ki konekte chak grenn x nan R demaraj la ak yon grenn y, pou pi plis, nan R final la.

Nan ekonomi, yo konn rele x nan ansanm demaraj la varyab andedan (andojèn, sa vle di soti anndan sistèm/modèl nou ladan an), epi y nan ansanm final la yo konn rele l tou varyab andeyò (egzojèn, sa vle di ki soti deyò sistèm nan).

MONOM, POLINOM AK FONKSYON RASYONEL

Gen fonksyon ki sèvi blòk pou konstwi lòt fonksyon ki pi konplike. Fonksyon sa yo se yon seri fonksyon senp senp yo rele « monom ». Men ki fòm yo toujou genyen:

\displaystyle{y=f(x)=ax^p}

Kote se yon nonb reyèl, ki pa egal zewo, yo bay non koyefisyan; epi espozan p a se yon nonb pozitif epi ankè (ki fini ak yon chif won), ki pote non degre monom nan. Egzanp:  \displaystyle{f(x)=x^2} , ki gen degre 2.

Lè ou pran plizyè monom kon sa ou kole yo ansanm gras ak siy adisyon oubyen soustraksyon, ebyen sa ou jwenn nan rele polinom. Men fòm jeneral li:

P(x)= A_nx^n+A_{n-1}x^{n-1}+ \cdots + A_1+A_0 \quad A_n \neq 0

Degre monom ki pi wo a tou sèvi pou degre polinom nan.

Gen valè x ap pran ki ap tou fè polinom nan egal zewo. Yon valè x kon sa, yo ba li pote non rasin polinom nan. Yon polinom kapab gen plizyè rasin. Men si degre polinom nan se n, pi gwo kantite rasin diferan li kapab genyen se n. Sa ka rive li genyen mwens, paske kèk nan rasin yo ka menm, men Teyorèm fondamantal aljèb la, ki pote non Teyorèm D’Alambert-Gauss tou (Dalanbè-Gos), aprann nou tout polinom gen yon rasin pou piti (rasin sa a anndan yon ansanm nonb ki pi laj toujou pase R, yo rele ansanm nonb Konplèks yo, \displaystyle{\mathcal{C}}). Rasin yo enpòtan anpil, paske nonsèlman yo pèmèt faktorize polinom yo (sa vle di dekonpoze yo sou fòm miltiplikasyon plizyè polinom degre 1), men souvan yo se solisyon yon seri pwoblèm enteresan ki poze sou fòm yon ekwasyon. Nan dosye sou aljèb n ap gen pou nou prepare a, nou ap retounen an detay sou polinom yo.

Nou te wè nou ka adisyone monom pou yo ban nou polinom. Ositou, nou ka divize yon fonksyon polinom ak yon lòt pou li ban nou yon fonksyon rasyonèl :

\displaystyle{y=\frac{P(x)}{Q(x)}= \frac{A_nx^n+A_{n-1}x^{n-1}+ \cdots + A_1+A_0}{B_nx^n+B_{n-1}x^{n-1}+ \cdots + B_1+B_0}} \quad Q(x)\neq 0

Sèl kondisyon pou fonksyon sa a gen sans, se pou polinom ki anba a, sa vle di denominatè a, pa egal zewo, paske divizyon an p ap posib si se kon sa.

DE MANMAN FONKSYON: ALJEBRIK AK TRANSANDAN

Gen yon bann fonksyon nou ka fòme ak polinom yo. Men yon fason senp nou ka klase fonksyon yo se lè nou sèvi ak nosyon fonksyon aljebrik yo. Tout fonksyon nou sot site piwo a (monom, polinom, fonksyon rasyonèl) se fonksyon aljebrik yo ye. Pou yon fonksyon y merite non sa a, fòk li kapab solisyon yon ekwasyon tankou sa :

A_n(x)y^n+A_{n-1}(x)y^{n-1}+ \cdots + A_1(x)y+A_0(x)=0

Kote tout koyefisyan yo (Ak(x) yo), se polinom yo ye. Vrèmanvre, yon fonksyon polinom se yon ka espesyal anndan jeneralite sa a, kote :

y+A_0(x)=0

Kanta pou fonksyon rasyonèl yo, yo ka ekri kon sa:

A_1(x)y+ A_0(x)=0

Lòt fonksyon ki pa aljebrik yo, yo di yo se fonksyon transandan. Nan kategori fonksyon transandan yo nou jwenn logarit, esponansyèl, fonskyon trigonometrik tankou sinis ak kosinis. Yon teyorèm ki konn ede demontre yon fonksyon li transandan, se Teyorèm Eisenstein lan (Ayzennchtayn). Nan dosye aljèb la, ap gen plis kòzman sou zafè sa a.

Nan pwochen atik yo, n ap detaye pi plis sou kèk kategori fonksyon senp anndan polinom yo (fonksyon liy, fonksyon afin), n ap entwodui  nosyon tankou graf, pantgrandisman yon fonksyon. N ap pale tou sou fonksyon resipwòk yo ak fonksyon konpoze yo, defini kèk lòt fonksyon pa ka pa la tankou logarit, esponansyèl ak fonksyon trigonometrik yo. N ap liste epi demontre kèk rezilta enpòtan, konsa djakout nou ap chaje kou Legba ak zouti ki pral pèmèt nou plonje pi fon anndan branch matematik yo rele Analiz la.

KEK REFERANS

Histoire de la notion de fonction

Mathématiques pour économistes

 

[1] Mo ki gen “uni” ak “multi” sa yo, nou ap kontinye chèche yon fason pou nou tradui yo lè yo pa ko gen tradiksyon (tankou inivèsite, inifòm ki yo menm deja an kreyòl). Kanta pou « -voque » la, nan « univoque », nou jwenn li nan lòt mo tankou « équivoque ». Sa n ap fè ak li? Nan alman ak angle, li tounen « vocal ». Li soti nan laten « vocus » ki gen pou wè ak « vwa moun, kriye, di, rele ». Nan plas fonksyon inivòk ak miltivòk, ki pa vle di anyen pou yon kreyolofòn, nou ap pèmèt nou di pito : fonksyon yonsèlvwa, plizyèvwa. Epi nou ta ka sèvi ak menm adjektif sa yo tankou non nan plas mo « inivosite » ak « miltivosite » yo :  kreyòl la pèmèt yon lizay konsa.

[2] Pou ansanm final la nou te ka ekri R tou senpman, si nou sipoze chofè a ka remèt pasaje a plis kòb pase sa li ta dwe remèt.

Un commentaire sur “Bèlantre nan fonksyon matematik yo

Répondre

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Photo Google

Vous commentez à l'aide de votre compte Google. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s