সাধারণ ধারণা
- অন্বয় : A ও B সেট হলে A×B এর কোন অশূন্য উপসেটকে A থেকে B তে একটি অন্বয় বলা হয় । অর্থাৎ যদি S, A থেকে B তে একটি অন্বয় হয় তবে,
S = {(x,y) ∣ x ∈ A, y ∈ B}
আবার, A×A এর কোন অশূন্য উপসেটকে A সেটে একটি অন্বয় বলে ।
- অন্বয়ের ডোমেন (Domain) এবং রেঞ্জ (Range) : S এ অন্তর্ভুক্ত ক্রমজোড়গুলোর প্রথম উপাদানসমূহের সেটকে S এর ডোমেন এবং দ্বিতীয় উপাদানসমূহের সেটকে S এর রেঞ্জ বলা হয় । S এর ডোমেনকে ডোম S এবং রেঞ্জকে রেঞ্জ S লিখে প্রকাশ করা হয় । অর্থাৎ,
ডোম S = {x ∣ x ∈ A, (x,y) ∈ S}
রেঞ্জ S = {y ∣ y ∈ B, (x,y) ∈ S}
- বিপরীত অন্বয় : S যদি A থেকে B সেটে কোন অন্বয় হয় তবে S এর বিপরীত অন্বয় হচ্ছে B থেকে A সেটে একটি অন্বয় যাকে S-1 দ্বারা প্রকাশ করা হয় । অর্থাৎ,
S-1 = {(y,x) ∣ y ∈ B, x ∈ A}
= {(y,x) ∣ (x,y) ∈ S}
- ফাংশন (Function) : ফাংশন হল বিশেষ ধরনের অন্বয় । যদি কোন অন্বয়ে একই প্রথম উপাদানবিশিষ্ট একাধিক ক্রমজোড় না থাকে, তবে ঐ অন্বয়কে ফাংশন বলে । অর্থাৎ, A ও B সেট হলে A থেকে B সেটে ফাংশন F হচ্ছে A×B এর এমন একটি উপসেট যেন-
- প্রতি a ∈ A এর জন্য একটি উপাদান b ∈ B থাকে যেখানে (a,b) ∈ F
- যদি (a,b) ∈ F হয় এবং (a,b′) ∈ F হয় তবে অবশ্যই b = b′ হবে ।
F, A থেকে B সেটে ফাংশন হলে তাকে F : A→B লিখে প্রকাশ করা হয় । (x,y) ∈ F হলে, y কে F এর অধীনে x এর ছবি (Image) বলা হয় এবং y = F(x) লেখা হয় ।
- ফাংশনের ডোমেন, রেঞ্জ ও কো-ডোমেন (Co-doamin) : F : A→B এর ক্রমজোড়গুলোর প্রথম উপাদানসমূহের সেটকে F এর ডোমেন বলে যাকে ডোম F লিখে প্রকাশ করা হয় । অন্য কথায়, A কে F এর ডোমেন বলে।
ডোম F = {x ∣ x ∈ A}
F এর ক্রমজোড়গুলোর দ্বিতীয় উপাদানসমূহের সেটকে F এর রেঞ্জ বলে যাকে রেঞ্জ F লিখে প্রকাশ করা হয়। অন্য কথায়, B এর যেসব উপাদান A এর উপাদানসমূহের ছবি হিসেবে পাওয়া যায় তাদের সেট হল রেঞ্জ F ।
রেঞ্জ F = {y ∣ y ∈ B, (x,y) ∈ F}
B এর সকল উপাদানসমূহের সেটকে F এর কো-ডোমেন বলে ।
রেঞ্জ ⊆ কো-ডোমেন
ফাংশনের প্রকারভেদ :
- এক-এক ফাংশন (One-to-one function) : যদি কোন ফাংশনের অধীনে তার ডোমেনের ভিন্ন ভিন্ন সদস্যের ছবি সর্বদা ভিন্ন হয় তবে ফাংশনটিকে এক-এক ফাংশন বলা হয় । অর্থাৎ, f : A→B কে এক-এক ফাংশন বলা হয় । যদি ডোম f এর সব সদস্য x1, x2 এর জন্য f(x1) ≠ f(x2) যখন x1 ≠ x2 । অথবা, সব x1, x2 এর জন্য f(x1) = f(x2)হলে x1 = x2 হয় । অর্থাৎ, ডোম f এর একটি সদস্য কো-ডোমেন সেটের শুধুমাত্র একটি সদস্যের সঙ্গে সম্পর্কিত হলে, f একটি এক-এক ফাংশন ।
- সর্বগ্রাহী/ সার্বিক ফাংশন (Onto/surfective function) : f : A→B কোন ফাংশনের B সেটের সমস্ত উপাদানই যদি A সেটের উপাদানসমূহের ছবি হিসেবে পাওয়া যায় তবে ঐ ফাংশনটিকে সার্বিক ফাংশন বলে । সাধারণত f এর রেঞ্জ f(A), B সেটের একটি উপসেট হয় অর্থাৎ f(A) ⊂ B হয়; কিন্তু যখন f(A) = B হয় অর্থাৎ, রেঞ্জ = কো-ডোমেন হয় f(A) কে সার্বিক ফাংশন বলা হয় ।
- প্রতিষঙ্গ ফাংশন (Bijective function) : কোন ফাংশন এক-এক এবং সার্বিক হলে তাকে প্রতিষঙ্গ ফাংশন বলে ।
- বিপরীত ফাংশন (Inverse function) : শুধুমাত্র প্রতিষঙ্গ ফাংশনের বিপরীত ফাংশন থাকে । f : A→B কোন প্রতিষঙ্গ ফাংশন হলে f-1 দ্বারা এর বিপরীত ফাংশন প্রকাশ করা হয় যেখানে f-1 : B→A
- সংযোজিত ফাংশন (Composite function) : f : A→B এবং g : B→C দুটি ফাংশন হলে, এদের দু’ধরনের সংযোজিত ফাংশন পাওয়া যাবে-
- gof : A→C যেখানে, gof বা (gof)(x) = g(f(x))
- fog : C→A যেখানে, fog বা (fog)(x) = f(g(x))
- অভেদ/অভেদক ফাংশন (Indentity function) : যদি কোনো ফাংশন কো্নো সেটের উপাদানকে একই সেটের ঐ উপাদানের সাথেই সম্পর্কিত করে তবে ফাংশনটিকে অভেদ ফাংশন বলে । অর্থাৎ, A কোন সেট হলে F : A→A একটি অভেদ ফাংশন । দ্রষ্টব্য, অভেদ ফাংশন সব সময়ই এক-এক ফাংশন ।
- ধ্রুব/ধ্রুবক ফাংশন (Constant function) : যদি কোন ফাংশন f এর অধীনে A সেটের প্রত্যেকটি উপাদানের ছবি B সেটের কেবল একটি উপাদান হয় তবে f কে ধ্রুব ফাংশন বলে । অর্থাৎ, f : A→B তে সব x এর জন্য যেখানে । দ্রষ্টব্য, প্রত্যেক ধ্রুব ফাংশনের রেঞ্জ এক সদস্যবিশিষ্ট একটি সেট ।
- অযুগ্ম ফাংশন (Odd function) : f(-x)=-f(x) হলে f কে অযুগ্ম ফাংশন বলে ।
- যুগ্ম ফাংশন (Even funciton) : f(-x)= f(x) হলে f কে যুগ্ম ফাংশন বলে ।
- graph থেকে ফাংশন নির্ণয় : কোনো অন্বয়ের লেখচিত্রে (graph) y অক্ষের সমান্তরালে অঙ্কিত সকল সরলরেখা যদি চিত্রকে শুধুমাত্র একটি করে বিন্দুতে ছেদ করে তবে সেই অন্বয়টি ফাংশন ।
ফাংশন
ফাংশন নয়
- graph থেকে এক-এক ফাংশন নির্ণয় : কোনো ফাংশনের লেখচিত্রে x অক্ষের সমান্তরালে অঙ্কিত সকল সরলরেখা যদি চিত্রকে শুধুমাত্র একটি করে বিন্দুতে ছেদ করে তবে সেই ফাংশনটি এক-এক ।
এক-এক নয়
এক-এক
- Exponential ফাংশন এর ডোমেন ও রেঞ্জ : f(x) = ax আকারের ফাংশনকে exponential ফাংশন বলে যেখানে, a>0 এবং a≠1 । এক্ষেত্রে,
ডোম f = R
রেঞ্জ f = [0,α]
- Logarithmic ফাংশন এর ডোমেন ও রেঞ্জ : y=f(x)=logax আকারের ফাংশনকে logarithmic ফাংশন বলে যেখানে, a>0 এবং a≠1 । দ্রষ্টব্য, y = logax হয় যদি ও কেবল যদি x = ay হয় । এক্ষেত্রে,
ডোম f = {x ∣ x>0}
রেঞ্জ f = R
- Trigonometric ফাংশনের ডোমেন ও রেঞ্জ :
- f(x) = sinx হলে ডোম f = R ; রেঞ্জ f = [-1,1]
- f(x) = cosx হলে ডোম f = R ; রেঞ্জ f = [-1,1]
- f(x) = tanx হলে ডোম f = R -{±(2n-1)(π/2) ∣ x ∈ N} ; রেঞ্জ f = R
- f(x) = secx হলে ডোম f = R -{±(2n-1)(π/2) ∣ x ∈ N} ; রেঞ্জ f = (-α,-1]⋃[1,α)
- f(x) = cotx হলে ডোম f = R -{±(n-1)π ∣ n ∈ N} ; রেঞ্জ f = R
- f(x) = cosecx হলে ডোম f = R -{±(n-1)π ∣ n ∈ N} ; রেঞ্জ f = (-α,-1]⋃[1,α)
গাণিতিক উদাহরণ ও সমাধান
1. f : N→N নিচের কোনো ফাংশনগুলো এক-এক, সার্বিক অথবা উভয়ই তা নির্ণয় কর-
a. f(x) = 3
b. f(x) = x+1
c. f(x) = x2+1
d. f(x) = x3
a. f(x1)=f(x2) হলে যদি x1=x2 হয় তবে f এক-এক ফাংশন ।
এখন, f(1) = 3; f(2) = 3 কিন্তু 1≠2
∴ f এক-এক নয় ।
আবার, f : N→N । ∴ f এর ডোমেন N এবং কো-ডোমেন N । কোন ফাংশনের রেঞ্জ = কো-ডোমেন ফলে ফাংশনটি সার্বিক । এক্ষেত্রে, সকল x ∈ N এর জন্য f(x) = 3 । ∴ রেঞ্জ ≠ কো-ডোমেন ।
∴ f সার্বিক নয় ।
b. এখানে, f(x1) = x1+1 এবং f(x2) = x2+1 । যদি f(x1) = f(x2) হয় তবে,
x1+1 = x2+1 ⇒ x1=x2
∴ f এক-এক ।
ধরি, x1 ∈ ডোম f যেন f(x1) = 1 ।
∴ x1+1 = 1 ⇒ x1 = 0 কিন্তু 0 ∈ N ।
∴ f সার্বিক নয় ।
c. এখানে, f(x1) = x12+1 ও f(x2) = x22+1 । যদি f(x1) = f(x2) হয় তবে
x12+1 = x22+1 ⇒ x12 = x22 ⇒ x1 = ±x2
∴ f এক-এক নয় ।
আবার, ধরি x ∈ ডোম f যেন, f(x)=1
∴ x2+1 = 1 ⇒ x = 0 কিন্তু 0 ∈ N
∴ f সার্বিক নয় ।
d. এখানে, f(x1) = x13 ও f(x2) = x23 যদি হয় তবে,
x13 = x13 ⇒ x1 = x2
∴ f এক-এক
ধরি, x ∈ ডোম f যেন, f(x) = 0
∴ x13 = 0 ⇒ x1 = 0 কিন্তু 0 ∈ N
∴ f সার্বিক নয় ।
2. নিচের ফাংশনগুলোর ডোমেন ও রেঞ্জ নির্ণয় কর ।
a. f(x) = (2x-3)/(x-2)
b. f(x) = (x2-1)/(x-1)
c. f(x) = √(x+4)
d. f(x) = √(x2-4)
e. f(x) = √(16-x2)
f. f(x) = 2 sinx
g. f(x) = 1/x
h. f(x) = x/(∣x∣)
i. f(x) = x/(x2-1)
j. f(x) = log10(x2-36)
a. x এর যেসকল মানের জন্য f(x)এর বাস্তব মান পাওয়া যায় x এর সেসকল মানই ডোম fএর সদস্য ।x=2 হলে,
f(x) = (2x-3)/(x-2) = (2×2-3)/(2-2) = 1/0 = অসংজ্ঞায়িত ।
∴ ডোম f = R-{2}
মনে করি, y = (2x-3)/(x-2)
⇒ xy-2y = 2y-3
⇒ xy-2x = 2y-3
⇒ x(y-2) = 2y-3
⇒ x = (2y-3)/(y-2)
y=2 হলে, x = (2(2)-3) / (2-2) অসংজ্ঞায়িত ।
∴ রেঞ্জ f = R-{2}
Short-cut : f(x) = (ax+b)/(cx+d) আকৃতির ফাংশনের ক্ষেত্রে রেঞ্জ f = R-{a/c}
b. x=1 এর জন্য f(x) অসংজ্ঞায়িত ।
∴ ডোম f = R-{1}
মনে করি, y = (x2-1)/(x-1) = {(x+1)(x-1)}/(x-1) = x+1
⇒ y = x+1
⇒ x = y-1
এখন, y=2 হলে, x = y-1 = 2-1 = 1 কিন্তু 1 ∉ ডোম f । ∴ ∉ রেঞ্জ f ।
∴ রেঞ্জ f = R-{2}
c. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যাবে যদি x+4≥0 হয় ।
⇒ x≥-4 হয় ।
∴ ডোম f = [0,α)
সকল, x≥-4 এর জন্য f(x)≥0 [কোন সংখ্যার বর্গমূল ঋণাত্মক হতে পারে না । লক্ষণীয়, √25=5 কিন্তু x2=25 হলে x = ±√(25) = ±5]
∴ রেঞ্জ f = [0,α)
d. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যাবে যদি x2-4≥0 হয় ।
⇒ (x+2)(x-2)≥0 ...(i)
ব্যবধি (x+2) এর চিহ্ন (x-2) এর চিহ্ন (x+2)(x-2)এর চিহ্ন
x≤-2 - - +
-2<x<2 + - -
x≥2 + + +
(i) সত্য হবে যদি x<-2 অথবা x>2 হয় । [see ex. II example 5 for details]
∴ ডোম f = {x ∣ x<-2 অথবা x>2}
= (-α,-2]u[2,α)
সকল x ∈ ডোম f এর জন্য f(x) ≥ 0
∴ রেঞ্জ f = [0,α) [দ্রষ্টব্য, f(x) = √(a-x2) আকার ব্যতীত সকল square root ফাংশনের রেঞ্জ [0,α) ]
Short-cut :
i. x2-a≥0 ⇒ x2≥a আকারের অসমতার সমাধান : x≤-√a অথবা x ≥ √a
ii. x2-a≤0 ⇒ x2≤a আকারের অসমতার সমাধান : -√a≤x≤√a
e. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যাবে যদি 16-x2≥0 হয় ।
⇒ x2≤16
⇒ -4≤x≤4 [see example 2(d) short-cut ii.]
∴ ডোম f = [-4,4]
সকল ∈ ডোম f এর জন্য 0≤f(x)≤4
∴ রেঞ্জ f = [0,4] [দ্রষ্টব্য, f(x) = √(a-x2) আকারের সকল square root ফাংশনের রেঞ্জ : [0,√a] ]
f. সকল এর জন্য f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যায় ।
∴ ডোম f = R [সকল f(x) = sinx এর ডোমেন : R ]
সকল x ∈ ডোম f এর জন্য -2≤f(x)≤2
∴ রেঞ্জ f = [-2,2] [সকল f(x) = sinx এর রেঞ্জ [-1,1] । এক্ষেত্রে, f(x) = 2sinx হওয়ায় রেঞ্জ [-2,2] ]
g. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যায় যদি x≠0 হয় । [x=0 হলে f(x) = 1/x = 1/0 = অসংজ্ঞায়িত]
∴ ডোম f = R-{0}
মনে করি, y = f(x) = 1/x ⇒ x = 1/y । y=0 হলে x অসংজ্ঞায়িত ।
∴ রেঞ্জ f = R-{0}
h. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যায় যদি IxI≠0 হয় ।
⇒ x ≠ 0হয় ।
∴ ডোম f = R-{0}
x>0 এর জন্য f(x) = x/(∣x∣) = x/x = 1
x<0 এর জন্য f(x) = x/(∣x∣) = x/-x = -1
∴ সকল x ∈ ডোম f এর জন্য f(x) = 1 অথবা -1
∴ রেঞ্জ f = {-1,1}
i. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যায় যদি x2-1 ≠ 0 হয়
⇒ x2 ≠ 1
⇒ x ≠ ±1 হয় ।
∴ ডোম f = R-{-1,1}
মনে করি, y = f(x) = x/(x2-1)
⇒ x2-1 = x/y
⇒ (x2-1)/x = 1/y
এখন, y=0 হলে, (x2-1)/x = অসংজ্ঞায়িত
⇒ x = অসংজ্ঞায়িত ।
কিন্তু, ডোম f ⊂ R । ∴ 0 ∈ রেঞ্জ ।
∴ রেঞ্জ f = R-{0}
j. f(x) এর বাস্তব মান পাওয়া যায় যদি x2-36>0 হয় ।
⇒ x2>36
⇒ x<-6 অথবা x>6 হয় ।
∴ ডোম f = [-α,-6)⋃[6,α)
∴ রেঞ্জ f = R [সকল Logrithmic ফাংশন এর রেঞ্জ R]
3. f : R→R ফাংশনটি $\mathrm{f}(\mathrm{x})=\left\{\begin{array}{cc}x^{2}-3 x, & x \geq 2 \\ x+2, & x<2\end{array}\right.$ দ্বারা প্রকাশিত । f(2), f(6), f(0) নির্ণয় কর ।
f(2) = 22-3(2) [কেননা x≥2 হলে f(x)=x2-3x]
= -2
f(6) = 62-3(6) = 18
f(0) = 0+2 [কেননা x<2 হলে f(x)=x+2]
= 2
4. f(x) = x2+3x+1; g(x) = 2x-3 হলে-
a. (fog)(x)
b. (gof)(x)
c. (fof)(x)
d. (fog)(2) নির্ণয় কর ।
a. (fog)(x) = f(g(x)) = f(2x-3) = (2x-3)2+3(2x-3)+1 = 4x2-6x+1
b. (gof)(x) = g(f(x)) = g(x2+3x+1) = 2(x2+3x+1)-3 = 2x2+6x-1
c. (fof)(x) = f(f(x)) = f(x2+3x+1) = (x2+3x+1)2+3(x2+3x+1)+1
= x4+6x3+14x2+15x+5
d. (fog)(x) = 4x2-6x+1
(fog)(2) = 4(2)2-6(2)+1 = 5
5. f : R→R কোনো ফাংশন হলে f-1(x) নির্ণয় কর যেখানে-
a. f(x) = 2x+3
b. f(x) = (2+3x)/(3-2x)
a. ধরি, y = f(x) = 2x+3 [∵ y=f(x) ⇒ x=f-1(y)]
⇒ 2x = y-3
⇒ x = (y-3)/2
⇒ f-1(y) = (y-3)/2
∴ f-1(x) = (x-3)/2
Short-cut : f(x) = ax+b হলে f-1(x) = (x-b)/a
b. ধরি, y = f(x) = (2x+3)/(3-2x) [∵ y=f(x) ⇒ x=f-1(y)]
⇒ 3y-2xy = 2+3x
⇒ 3x-2xy = 2-3y
⇒ x(3-2y) = 2-3y
⇒ x = (2-3y)/(3-2y)
⇒ f-1(y) = (2-3y)/(3-2y)
∴ f-1(y) = (2-3y)/(3-2y)
Short-cut : f(x) = (ax+b)/(cx+d) হলে f-1(x) = (-dx+b)/(cx-a)
ঢাবির বিগত বছরের প্রশ্ন ও সমাধান
ঢাবির বিগত বছরের প্রশ্ন
1. যদি f(x) = x2+3 এবং g(x) = √x হয় তাহলে f(g(x)) = ? [DU : 2001-02]
a. 2x+3, x<0
b. x2+1
c. 2+3x
d. x+3, x≥0
2. যদি A = {1,2,3}, B = {4,5,6} এবং R = {(1,4),(2,5),(3,6)} হয় তবে কোনটি সত্য উক্তি? [DU : 2004-05]
a. R একটি ফাংশন যার ডোমেন A
b. R একটি ফাংশন যার রেঞ্জ B
c. R একটি এক-এক ফাংশন
d. R একটি সার্বিক ফাংশন
3. যদি f(x) = x2-2∣x∣ এবং g(x) = x2+1 হয় তবে g(f(x)) এর মান- [DU : 2006-07]
a. 0
b. 65
c. 5
d. 1
4. f(x) = (3+x)/(1-2x) হলে, f-1(x) = ? [DU : 2006-07]
a. (x-3)/(2x+1)
b. (3-x)/(1+2x)
c. (x+3)/(2+x)
d. (x+3)/(2x+1)
5. f(x) = x2+4 এবং g(x) = 2x-1 হলে g(f(x)) হয়- [DU : 2007-08]
a. 2x2+7
b. 7x2+2
c. x2+2x-1
d. x2-2x+3
6. f(x) = (x-3)/(2x+1) এবং x ≠ -1/2 হলে f-1(-2) এর মান- [DU : 2008-09]
a. 5/3
b. -5/3
c. 1/5
d. 2/5
7. f(x) = sinx; g(x) = x2 হলে f(g(√π/2)) এর মান- [DU : 2009-10]
a. √2/2
b. √3/2
c. 1/2
d. 1
সমাধান :
1. f(g(x)) = f(√x) = x+3 [see example 4 for details]
∴ ans. d
2. স্পষ্টত, R = {(x,y) ∣ x ∈ A, y ∈ B} = A×B । ∴ R, A থেকে B তে একটি অন্বয় ।
∵ R এ একই প্রথম উপাদানবিশিষ্ট একাধিক ক্রমজোড় নেই ফাংশন ।
R এর ডোমেন = ক্রমজোড়গুলোর প্রথম উপাদানসমূহের সেট = {1,2,3} = A
R এর রেঞ্জ = ক্রমজোড়গুলোর দ্বিতীয় উপাদানসমূহের সেট = {4,5,6} = B
R এর রেঞ্জ = B = কো-ডোমেন । ∴ R সার্বিক ফাংশন ।
∵ রেঞ্জের প্রতিটি উপাদান ডোমেনের শুধুমাত্র একটি উপাদানের ছবি হিসেবে পাওয়া যায় । ∴ R একটি এক-এক ফাংশন ।
∴ ans. সবগুলো
3. f(-2) = (-2)2-2∣-2∣ = 4-4 = 0
∴ g (f(-2)) = g(0) = (0)2+1 = 1
∴ ans. d
4. ধরি, y = (3+x)/(1-2x) ⇒ y-2xy = 3+x
⇒ x+2xy = y-3 [see example 5(b) for details]
∴ f-1(x) = (x-3)/(1+2x) = (x-3)/(2x+1)
∴ ans. b
5. g(f(x)) = g(x2+4) = 2(x2+4)-1 = 2x2+7
∴ ans. a
6. ধরি, y = (x-3)/(2x+1) ⇒ 2xy+y = x-3
⇒ x-2xy = 3+y
⇒ x = (3+y)/(1-2y)
∴ f-1(x) = (3+x)/(1-2x) [see example 5(b) for details]
∴ f-1(x) = (3-2)/(1-2(-2)) = 1/5
∴ ans. b
7. g(√π/2) = π/4
∴ f(g(√π/2) = f(π/4) = sin(π/4) = sin 45 = 1/√2
= √2/(√2.√2)
= √2/2
∴ Answer. a