Naturan hainbat fenomeno aztertzerakoan, bi magnituderen arteko erlazioa adierazteko beharra sortzen da. Adibidez, gorputz baten egoera alda daiteke denboran zehar, edo gas baten presioa, baldintza batzuetan, tenperaturaren menpekoa izaten da, edo gorputz bat erori eta lurrera ailegatzean daraman abiadura altueraren menpekoa da. Fenomeno batean, kantitate bat beste baten intentsitatearen ondorioa bada, sorturiko menpekotasuna funtzio baten bidez deskribatzen da. Matematikan, funtzioaren kontzeptua bi magnituderen arteko menpekotasuna adierazteko sortu zen; magnitude bat ezaguna da (aldagai independentea edo funtzioaren “sarrera”), eta bestea, menpeko magnitudea (menpeko aldagaia edo funtzioaren “irteera”).

Historia

Funtzioaren kontzeptuaren hastapenak XVIII. mendearen hasieran kokatu behar dira. Newton eta Leibniz matematikariek garatu zuten kalkulua ez zen funtzioen kalkulua. XVII. mendeko kalkuluan, oinarrizko elementuak kurbak ziren; garai hartan, analisia kurbei buruzko problemak ebazteko metodoen bilduma izan zen; kurbekiko ukitzaileak, azalerak eta kurben luzerak aurkitzea izan zen lehentasunezko jarduera. Beraz, bi aldagairen arteko erlazioa kurba baten bidez adierazten zen. XXVIII. mendearen lehenengo erdian, analisia jatorrizko ikuspuntu geometrikotik urruntzen ari zen, eta formula aljebraiko baten bidez definitzen zen funtzioa. Leonard Eulerrek 1748an argitaraturiko Introductio in Analysin Infinitorum lanak eman zuen funtzioaren lehenengo definizio zehatza: funtzio bat aldagai batez eta zenbaki edo konstanteez osaturiko edozein adierazpen analitiko da. Baina Eulerrek emandako definizioa funtzioak “onak” direnerako (jarraituak, deribagarriak eta abar) bakarrik da baliagarria. 1720-1820 bitartean, matematikariek kalkuluko tresna guztiak erabili zituzten funtsezko problema batzuen soluzioak kalkulatzeko (adibidez, korda bibratzailearen problema eta beroaren problema). Aipagarriak dira D’Alembert, Daniel Bernouilli eta Joseph Fourier matematikarien garai hartako lanak. Planteaturiko problemen soluzioak nahiko irregularrak ziren eta, beraz, funtzioaren definizio zehatzagoaren beharra sortu zen. Gaur egun erabiltzen dugun funtzioaren definizioa Peter Dirichlet matematikariak eman zuen.

Definizioa

Funtzioa adierazpen, erregela edo lege bat da, non bi aldagai erlazionatzen diren, aldagai independentea eta menpeko aldagaia, alegia.

Erregela bat existitzen bada zeinetarako $x$ aldagaiaren balio bakoitzari $y$ aldagaiaren balio bakar bat dagokion, esango dugu $y$ dela $x$ aldagai independentearen funtzioa. Bi aldagai horien arteko erlazioa $y=f(x)$ ikurraren bidez adierazten da. $x$ aldagaia aldagai independentea izango da, eta $y$, menpeko aldagaia. Funtzioa $X$ multzoko elementuetarako definitzen bada, esango dugu $X$ funtzioaren definizio-eremua dela, eta, irudien multzoa ($f(x)$ elementuen multzoa) $Y$ bada, funtzioaren irudi-multzoa izango da. Notazio hau erabiltzen da funtziorako: $f:X\to Y$.

Funtzioaren definizio orokorrean, $X$ eta $Y$ edozein multzo izan daitezke, baina adibide arruntetan $X$ eta $Y$-ren elementuak zenbakiak izan ohi dira.

Aldagai independenteak hartzen dituen balioak zenbaki errealak badira eta, beraz, definizio-eremua $R$ edo bere azpimultzoa bada, funtzioari aldagai errealeko funtzio deritzo; irudi-multzoa ere $R$ denean, aldagai errealeko funtzio erreala izango da.

Zenbaki konplexuen multzoa $C$ bada eta funtzioa $f:C\to C$ bada, aldagai konplexuzko funtzio konplexua izango da. Adibidez, elektrizitatean erabiltzen diren funtzioak funtzio konplexuak dira.

Adibideak

Zirkulu baten azaleraren formulan,

$A=\pi r^2$

A azalera r erradioaren funtzioa da. Bi aldagai baino gehiagoko funtzioak oso arruntak dira matematikan, adibidez, triangeluaren azaleran, A=bh/2 , A azalera b oinarriaren eta h altueraren funtzioa da.

Zirkuluaren azaleraren formulan agertzen den funtzioa funtzio polinomiala da. Funtzio polinomiala,

$P(x)\equiv a_0+a_{1}x+a_2{x}^2+\dots +a_n{x}^n$

motakoa da, non koefizienteak $a_0,a_1,\dots ,a_n$ ezagunak diren eta x edozein zenbaki erreal den. Aldagai errealeko funtzio errealak modu geometrikoan adierazten dira:

$x$ aldagai independentea $x$ ardatzean (lerro horizontalean) irudikatzen da, eta menpeko aldagaia, $y$ ardatzean (lerro bertikalean). Horrela, $(x,y)$ koordenatuetako puntuek funtzioaren grafikoa osatzen dute. Adibidez, $f(x)\equiv 2x^3-x+1$ funtzio polinomialaren grafikoa hau da:

$f(x)\equiv 2x^3-x+1$ funtzio polinomiala

Matematikaren oinarrizko funtzioen artean, funtzio trigonometrikoak ditugu, adibidez, $\mathrm{sin }(x)$ eta $\cos (x)$, sinu eta kosinu funtzioak, non x angelu baten neurri bat den. Funtzio trigonometrikoak periodikoak direnez, naturan errepikatzen diren fenomenoak deskribatzeko erabiltzen dira.

Grafiko hauek $\mathrm{sin }(x)$ eta $\cos (x)$  funtziokoak dira:

Funtzio trigonometrikoak: $\mathrm{sin }(x)$ eta $\cos (x)$ funtzioak

Funtzio esponentziala: $y=a^x$ funtzioa da, non $a$ zenbaki positiboa eta $x$ edozein zenbaki erreal baitira. Funtzio esponentzialen artean garrantzitsuena $y=e^x$ funtzioa da, non $e$ zenbakia (2,7182818…) logaritmoen sistemaren oinarria den.

Funtzioen arteko eragiketak

$f$ eta $g$ bi funtzio badira, eragiketa hauek definitzen dira:

• Batuketa: $(f+g)(x)=f(x)+g(x)$ ,

  $(\alpha f)(x)=\alpha f(x)$ , $\alpha$  konstantea eta $f$ funtzioa izanik.

• Biderketa: $(fg)(x)=f(x)g(x)$.

• Zatiketa: $\left(\frac{f}{g}\right)(x)=\frac{f(x)}{g(x)}$.

• Konposaketa: $(g\circ f)(x)=g(f(x))$.

  Adibidez, $f(x)=\mathrm{sin }(x)$  eta $g(x)=x^2+1$  badira, $(g\circ f)(x)=g(\mathrm{sin }x)={\sin }^{2}x+1$ , eta $(f\circ g)(x)=f(x^2+1)=\mathrm{sin }(x^2+1)$ .

Funtzio injektiboa

$f$ funtzioa injektiboa dela esango dugu, baldin eta bi punturen irudiak desberdinak badira; hots, $x_1$ eta $x_2$ funtzioaren definizio-eremuko puntuak badira, orduan,

$f(x_1)=f(x_2)\Rightarrow x_1=x_2$

Alderantzizko funtzioa

Izan bedi $f$  funtzioa injektiboa. $f$-ren alderantzizko funtzioa $f^{-1}$ ikurraren bidez adierazten da, eta honela definitzen da:

$f^{-1}(x)=u\iff f(x)=u$,

$x$ puntua funtzioaren irudi-multzoko puntua bada.

Funtzio esponentzialaren alderantzizko funtzioa funtzio logaritmikoa da; $y=e^x$ funtzioaren alderantzizko funtzioa $y=\ln x$ funtzioa da. $f$  eta $f^{-1}$ funtzioen grafikoak $y=x$ zuzenarekiko simetrikoak dira, grafiko honetan ikus daitekeenez.

$e^x$  eta $\ln (x)$ funtzioen grafikoak