En matemática, una
función (f) es una
relación entre un conjunto dado
X (llamado
dominio) y otro conjunto de elementos
Y (llamado
codominio) de forma que a cada elemento
x del dominio le
corresponde un único elemento
f(x) del codominio (los que forman el
recorrido, también llamado
rango o
ámbito).
En lenguaje cotidiano o más simple, diremos que las funciones
matemáticas equivalen al proceso lógico común que se expresa como
“depende de”.
Las funciones matemáticas pueden referirse a situaciones cotidianas,
tales como: el costo de una llamada telefónica que depende de su
duración, o el costo de enviar una encomienda que depende de su peso.
A modo de ejemplo, ¿cuál sería la regla que
relaciona los números de la derecha con los de la izquierda en la siguiente lista?:
1 --------> 1
2 --------> 4
3 --------> 9
4 --------> 16
Los números de la derecha son los cuadrados de los de la izquierda.
La regla es entonces "elevar al cuadrado":
1 --------> 1
2 --------> 4
3 --------> 9
4 --------> 16
x --------> x
2.
Para referirse a esta regla podemos usar un nombre, que por lo general es la letra
f (de función). Entonces,
f es la regla "elevar al cuadrado el número".
Usualmente se emplean dos notaciones:
x --------> x
2 o
f(x) = x2 .
Así, f(3) significa aplicar la regla f a 3. Al hacerlo resulta 3
2 = 9.
Entonces f(3) = 9. De igual modo f(2) = 4, f(4) = 16, f(a) = a
2, etc.
Veamos algunos ejemplos que constituyen funciones matemáticas.
Ejemplo 1
Correspondencia entre las personas que trabajan en una oficina y su peso expresado en kilos
Conjunto X |
Conjunto Y |
Ángela |
55 |
Pedro |
88 |
Manuel |
62 |
Adrián |
88 |
Roberto |
90 |
Cada persona (perteneciente al conjunto
X o
dominio) constituye lo que se llama la
entrada o
variable independiente. Cada peso (perteneciente al conjunto
Y o
codominio) constituye lo que se llama la
salida o
variable dependiente.
Notemos que una misma persona no puede tener dos pesos distintos.
Notemos también que es posible que dos personas diferentes tengan el
mismo peso.
Ejemplo 2
Correspondencia entre el conjunto de los números reales (variable
independiente) y el mismo conjunto (variable dependiente), definida por
la regla "doble del número más 3".
x -------> 2x + 3 o bien
f(x) = 2x + 3
Algunos pares de números que se corresponden por medio de esta regla son:
Conjunto X |
Conjunto Y |
Desarrollo |
− 2 |
− 1 |
f(−2) = 2(−2) + 3 = −4 + 3 = − 1 |
− 1 |
1 |
f(−1) = 2(−1) + 3 = −2 + 3 = 1 |
0 |
3 |
f(0) = 2(0) + 3 = 0 + 3 = 3 |
1 |
5 |
f(1) = 2(1) + 3 = 2 + 3 = 5 |
2 |
7 |
f(2) = 2(2) + 3 = 4 + 3 = 7 |
3 |
9 |
f(3) = 2(3) + 3 = 6 + 3 = 9 |
4 |
11 |
f(4) = 2(4) + 3 = 8 + 3 = 11 |
Con estos ejemplos vamos entendiendo la noción de función: como vemos, todos y cada uno de los elementos del primer conjunto
(X) están asociados a uno, y sólo a uno, del segundo conjunto
(Y). Todos y cada uno significa que no puede quedar un elemento en
X sin su correspondiente elemento en
Y. A uno y sólo a uno significa que a un mismo elemento en
X no le pueden corresponder dos elementos distintos en
Y.
Ahora podemos enunciar una definición más formal:
Una función (
f) es una regla que asigna a cada elemento
x de un conjunto
X (dominio) exactamente un elemento, llamado
f(x), de un conjunto
Y (codominio).
Otra definición equivalente es: sean
X e
Y dos conjuntos. Una función de
X en
Y es una regla (o un método) que asigna un (y sólo uno) elemento en
Y a cada elemento en
X.
Usualmente X e Y son conjuntos de números.
Generalizando, si se tiene una función
f, definida de un conjunto A en un conjunto B, se anota
f : A -----> B (o, usando X por A e Y por B f : X -----> Y) o f(x) = x
Recordemos de nuevo que el primer conjunto A se conoce como
dominio (Dom) de la función y B es el
codominio o conjunto de llegada.
f(x) denota la
imagen de
x bajo
f, mientras que
x es la
preimagen de
f(x).
En el ejemplo 2 anterior el número 3 es la
imagen del número 0 bajo f; por su parte, 1 es la
preimagen del número 5.
El
rango (Rg) o
recorrido (Rec) o
ámbito (A) es el conjunto de todos los valores posibles de
f(x) que se obtienen cuando
x varía en todo el dominio de la función.
Ejemplo 3
Suponga que el conjunto A (de salida) es A = {1, 2, 3} y que el
conjunto B (de llegada) es B = {0, 4, 6, 8, 10, 12} y que la relación de
dependencia o correspondencia entre A y B es "asignar a cada elemento
su cuádruplo".
Vamos a examinar si esta relación es una función de A en B y determinaremos dominio y recorrido.
Veamos:
A los elementos 1, 2 y 3 del conjunto A les corresponden,
respectivamente, los elementos 4, 8 y 12 del conjunto B. Como a cada
elemento de A le corresponde un único elemento de Y, la relación de
dependencia es una función (función de A en B).
Dominio = {1, 2, 3} Recorrido = {4, 8, 12}
Notar que
el recorrido es un subconjunto del codominio B = {0,
4, 6,
8, 10,
12}
Aquí debemos recordar que toda función es una
relación, pero
no todas las relaciones son funciones. Como ejemplos de relaciones que
son funciones y algunas que no lo son, veamos las siguientes:
Si tenemos los conjuntos
A = {1
; 2
; 3
; 4},
B = {1
; 2
; 3
; 4
; 5}
Podemos establecer las relaciones
f = { (1
; 2)
; (2
; 3)
; (3
; 4)
; (4
; 5) }
g = { (1
; 2)
; (1
; 3)
; (2
; 4)
; (3
; 5)
; (4
; 5) }
h = { (1
; 1)
; (2
; 2)
; (3
; 3) }
:
Está claro que
f,
g y
h son relaciones de
A en
B, pero sólo
f es una función (todos los elementos del conjunto A tiene su correspondiente elemento en b);
g
no es función ya que (1
; 2) y (1
; 3) repiten un elemento del dominio (el 1). Tampoco
h es una función ya que
Dom(
h) = {1
; 2
; 3}
≠ A (falta el 4).
Dominio y rango de una función
Como ya vimos, el
dominio de una función es el conjunto de valores para los cuales la función está definida; es decir, son
todos los valores que puede tomar la variable independiente (la x).
Por ejemplo la función
f(x) = 3x2 – 5x está definida para todo número real (
x puede ser cualquier número real). Así el dominio de esta función es el conjunto de todos los números reales.
En cambio, la función
![funciones008](http://www.profesorenlinea.cl/imagenmatematica/funciones008.gif)
tiene como dominio todos los valores de
x para los cuales −1<
x <
2, porque aunque pueda tomar cualquier valor real diferente de –2, en
su definición determina en qué intervalo está comprendida.
Si el dominio no se específica, debe entenderse que el dominio
incluye a todos los números reales para los cuales la función tiene
sentido.
En el caso de la función
![funciones009](http://www.profesorenlinea.cl/imagenmatematica/funciones009.gif)
, el dominio de esta función son todos los números reales mayores o iguales a –3, ya que
x + 3 debe ser mayor o igual que cero para que exista la raíz cuadrada.
Como resumen, para determinar el dominio de una función, debemos considerar lo siguiente:
Si la función tiene radicales de índice par, el dominio está
conformado por todos los números reales para los cuales la cantidad
subradical sea mayor o igual a cero.
Si la función es un polinomio; una función de la forma
f(x) = a0 + a1x + a2x2 +...+ anxn (donde
a0, a1, a2,..., an son constantes y
n un entero no negativo), el dominio está conformado por el conjunto de todos los números reales.
Si la función es racional; esto es, si es el cociente de dos
polinomios, el dominio está conformado por todos los números reales
para los cuales el denominador sea diferente de cero.
El
rango (
recorrido o
ámbito) es el conjunto
formado por todas las imágenes; es decir, es el conjunto conformado por
todos los valores que puede tomar la variable dependiente; estos
valores están determinados además, por el dominio de la función.
Ejemplo
Identificar dominio y rango de la función
Veamos:
Como la función tiene radicales el dominio está conformado por todos los valores para los cuales
x – 2 ≥ 0. Esto es, el dominio de la función incluye todos los reales que son mayores o iguales a 2.
El rango es igual al conjunto de los números reales positivos
incluyendo el cero; puesto que al reemplazar los valores del dominio se
obtienen únicamente valores positivos bajo la función
f.