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2° liceo · Matematica
Funzioni, statistica e geometria euclidea · Relazioni e funzioni

Funzioni, proporzionalità e grafici

Un treno regionale da Bologna a Firenze viaggia a velocità costante: ogni minuto che passa, i chilometri percorsi aumentano sempre della stessa quantità. Se conosci il tempo, puoi calcolare la distanza, e viceversa. Una regola di questo tipo, che a ogni valore di partenza associa un solo valore di arrivo, si chiama funzione. Alla fine della pagina useremo questa idea per rispondere: quanto tempo serve se il treno raddoppia la velocità?

Che cos'è una funzione

Una funzione da un insieme $A$ a un insieme $B$ è una regola che a ogni elemento $x$ di $A$ associa un solo elemento $y$ di $B$. Scriviamo $y = f(x)$.

Per calcolare $f(a)$ si sostituisce $a$ al posto di $x$. Per trovare la $x$ che dà un certo valore si risolve un'equazione.

Il dominio

Due regole da ricordare:

  • il denominatore non può essere zero;

  • sotto una radice quadrata il radicando deve essere $\ge 0$.

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Data la funzione $f(x) = 3x - 5$, calcola: a) $f(0)$, $f(2)$ e $f(-1)$ b) il valore di $x$ per cui $f(x) = 10$

Data la funzione $f(x) = 3x - 5$, calcola:

  1. a) $f(0)$, $f(2)$ e $f(-1)$
  1. b) il valore di $x$ per cui $f(x) = 10$
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Determina il dominio (campo di esistenza) delle seguenti funzioni: a) $f(x) = \dfrac{5}{x - 3}$ b) $g(x) = \sqrt{x + 4}$

Determina il dominio (campo di esistenza) delle seguenti funzioni:

  1. a) $f(x) = \dfrac{5}{x - 3}$
  1. b) $g(x) = \sqrt{x + 4}$
Risolvi

La funzione lineare $f(x) = mx + q$

La funzione $f(x) = mx + q$ ha come grafico una retta nel piano cartesiano. Il numero $m$ è il coefficiente angolare: di quanto cambia $y$ quando $x$ aumenta di 1. Il numero $q$ è il termine noto (ordinata all'origine): il valore di $y$ per $x = 0$, cioè il punto in cui la retta taglia l'asse $y$. Se $q = 0$ si ottiene la proporzionalità diretta $y = mx$.

Perché basta sapere $m$ e $q$? Perché a ogni passo di 1 verso destra il valore cambia sempre della stessa quantità $m$: la crescita è costante, quindi il grafico è dritto. Se $m > 0$ la retta sale, se $m < 0$ scende.

Funzioni e grafici: $|x|$ e $x^2$

Il grafico di $f$ è l'insieme dei punti $(x; f(x))$ del piano cartesiano. Due funzioni fondamentali:

  • valore assoluto $f(x) = |x|$: vale $x$ se $x \ge 0$, vale $-x$ se $x < 0$. Il grafico è una "V" con vertice in $O$;

  • parabola $f(x) = x^2$: sempre $\ge 0$, simmetrica rispetto all'asse $y$.

Grafici di y = |x| (in blu) e y = x² (in arancione) nel piano cartesiano y = |x| y = x² O

Entrambe sono pari: $f(-x) = f(x)$, quindi il grafico è simmetrico rispetto all'asse $y$. Nota che $|x|$ e $x^2$ coincidono in $x = 0, 1, -1$.

Funzione definita a tratti

Il valore assoluto si scrive togliendo le barre in base al segno:

$$|x - 2| = \begin{cases} x - 2 & \text{se } x \ge 2 \\ -(x-2) = 2 - x & \text{se } x < 2 \end{cases}$$

La retta $y = k$ taglia la "V" in due punti se $k > -1$, in uno se $k = -1$, in nessuno se $k < -1$.

Intersezione tra due grafici

I punti comuni a due grafici $y = f(x)$ e $y = g(x)$ si trovano risolvendo l'equazione $f(x) = g(x)$: le soluzioni sono le ascisse dei punti. Poi si calcola l'ordinata sostituendo in una delle due funzioni. Per sapere se un punto appartiene a un grafico, basta sostituire le sue coordinate e verificare l'uguaglianza.

Esercitati★☆☆Da iniziare
Considera le funzioni $f(x) = |x|$ e $g(x) = x^2$. a) Completa una tabella di valori per $x = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3$ per ciascuna delle due funzioni. b) Indica per…

Considera le funzioni $f(x) = |x|$ e $g(x) = x^2$.

  1. a) Completa una tabella di valori per $x = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3$ per ciascuna delle due funzioni.
  1. b) Indica per quali valori di $x$ le due funzioni assumono lo stesso valore.
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Considera la funzione $f(x) = |x - 2| - 1$. a) Scrivi $f$ come funzione definita a tratti. b) Rappresenta il grafico descrivendone vertice e intersezioni con gli assi.…

Considera la funzione $f(x) = |x - 2| - 1$.

  1. a) Scrivi $f$ come funzione definita a tratti.
  1. b) Rappresenta il grafico descrivendone vertice e intersezioni con gli assi.
  1. c) Determina per quali valori del parametro $k$ l'equazione $f(x) = k$ ha due soluzioni, una soluzione, nessuna soluzione.
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Proporzionalità diretta e inversa

Iperbole y = k/x: due rami nel primo e nel terzo quadrante y = k/x

Perché prodotto costante? Se $x$ raddoppia, $y$ deve dimezzare per mantenere $xy = k$. Il grafico non tocca mai gli assi: $x = 0$ non è nel dominio.

Esercitati★★☆Da iniziare
Un treno regionale viaggia da Bologna a Firenze a velocità costante. In 20 minuti percorre 24 km. a) Scrivi la funzione che esprime la distanza $d$ (in km) in funzione…

Un treno regionale viaggia da Bologna a Firenze a velocità costante. In 20 minuti percorre 24 km.

  1. a) Scrivi la funzione che esprime la distanza $d$ (in km) in funzione del tempo $t$ (in minuti) e dì di che tipo di proporzionalità si tratta.
  1. b) Calcola quanti minuti servono per percorrere i 100 km del tragitto complessivo.
  1. c) Se la velocità fosse doppia, quanto tempo servirebbe per i 100 km? Che relazione c'è tra velocità e tempo a parità di distanza?
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Esercitati★★☆Da iniziare
Sei operai di un cantiere a Napoli completano un lavoro in 15 giorni, tutti con lo stesso ritmo. a) Scrivi la funzione che lega il numero $n$ di operai al numero di…

Sei operai di un cantiere a Napoli completano un lavoro in 15 giorni, tutti con lo stesso ritmo.

  1. a) Scrivi la funzione che lega il numero $n$ di operai al numero di giorni $g$ e disegna a parole l'andamento del suo grafico (tipo di curva, asintoti).
  1. b) Quanti giorni servono con 10 operai?
  1. c) Quanti operai servono per finire in 5 giorni?
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Funzione composta e funzione inversa

Composizione

Se applichiamo prima $f$ e poi $g$, otteniamo la funzione composta $(g \circ f)(x) = g(f(x))$. L'ordine conta.

Inversa

Una funzione è iniettiva se a valori diversi di $x$ corrispondono valori diversi di $y$. Solo le funzioni iniettive (e considerate sul loro codominio) sono invertibili. L'inversa $f^{-1}$ "disfa" $f$:

$$(f \circ f^{-1})(x) = x \qquad (f^{-1} \circ f)(x) = x$$

Per trovarla: poni $y = f(x)$, ricava $x$ in funzione di $y$, poi scambia i nomi $x \leftrightarrow y$. Il grafico di $f^{-1}$ è il simmetrico di quello di $f$ rispetto alla bisettrice $y = x$.

Esercitati★★☆Da iniziare
Date $f(x) = 2x + 1$ e $g(x) = x^2 - 3$, determina: a) $(g \circ f)(x)$ e $(f \circ g)(x)$ b) $(g \circ f)(2)$ e $(f \circ g)(2)$ c) i valori di $x$ per cui…

Date $f(x) = 2x + 1$ e $g(x) = x^2 - 3$, determina:

  1. a) $(g \circ f)(x)$ e $(f \circ g)(x)$
  1. b) $(g \circ f)(2)$ e $(f \circ g)(2)$
  1. c) i valori di $x$ per cui $(g \circ f)(x) = 6$
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Esercitati★★★Da iniziare
Sia $f(x) = \dfrac{2x + 1}{x - 3}$. a) Determina il dominio di $f$. b) Dimostra che $f$ è invertibile sul suo dominio e calcola $f^{-1}(x)$, indicandone il dominio. c)…

Sia $f(x) = \dfrac{2x + 1}{x - 3}$.

  1. a) Determina il dominio di $f$.
  1. b) Dimostra che $f$ è invertibile sul suo dominio e calcola $f^{-1}(x)$, indicandone il dominio.
  1. c) Verifica che $(f \circ f^{-1})(x) = x$.
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Sia $f(x) = x^2$ con dominio $\mathbb{R}$. a) Spiega perché $f$ non è iniettiva su $\mathbb{R}$. b) Restringi il dominio in modo che $f$ sia invertibile e determina la…

Sia $f(x) = x^2$ con dominio $\mathbb{R}$.

  1. a) Spiega perché $f$ non è iniettiva su $\mathbb{R}$.
  1. b) Restringi il dominio in modo che $f$ sia invertibile e determina la funzione inversa con il suo grafico (simmetria rispetto alla bisettrice $y = x$).
  1. c) Data $h(x) = \dfrac{12}{x}$, trova i punti di intersezione tra il grafico di $h$ e quello di $y = x^2 - 4x$... in particolare verifica se il punto $(3; 4)$ appartiene a entrambi e giustifica la risposta.
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In sintesi

  • Una funzione associa a ogni $x$ del dominio un solo $y$. Dominio: denominatore $\neq 0$, radicando $\ge 0$.

  • $|x|$ è una "V" con vertice in $O$; $x^2$ è una parabola. Entrambe sono pari.

  • Diretta: $y = kx$ (retta per l'origine). Inversa: $xy = k$ (iperbole equilatera con asintoti gli assi).

  • $(g \circ f)(x) = g(f(x))$: l'ordine conta.

  • $f$ è invertibile se è iniettiva; il grafico di $f^{-1}$ è simmetrico a quello di $f$ rispetto a $y = x$.

  • Vuoi raddoppiare la velocità del treno? Il tempo dimezza: velocità e tempo sono inversamente proporzionali.

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