プリンピキア

第3章関数Functions

3.4 関数の合成

Finding the Domain of a Composite Function合成関数の定義域を求める

As we discussed previously, the domain of a composite function such as fg is dependent on the domain of g and the domain of f. It is important to know when we can apply a composite function and when we cannot, that is, to know the domain of a function such as fg. Let us assume we know the domains of the functions f and g separately. If we write the composite function for an input x as f( g( x ) ), we can see right away that x must be a member of the domain of g in order for the expression to be meaningful, because otherwise we cannot complete the inner function evaluation. However, we also see that g( x ) must be a member of the domain of f, otherwise the second function evaluation in f( g( x ) ) cannot be completed, and the expression is still undefined. Thus the domain of fg consists of only those inputs in the domain of g that produce outputs from g belonging to the domain of f. Note that the domain of f composed with g is the set of all x such that x is in the domain of g and g( x ) is in the domain of f.

先に述べたとおり、fg のような合成関数の定義域は、g の定義域と f の定義域に依る。合成関数をいつ使えていつ使えないか、つまり fg のような関数の定義域を知ることが大切である。関数 fg それぞれの定義域は分かっているとしよう。入力 x に対する合成関数を f( g( x ) ) と書けば、この式が意味を持つには xg の定義域に属さなければならないことがすぐに分かる。そうでなければ内側の関数の値を求められないからである。しかし g( x )f の定義域に属さなければならない。そうでなければ f( g( x ) ) の二つ目の値が求められず、式は定義されないままである。よって fg の定義域は、g の定義域の中で、g の出力が f の定義域に属するような入力だけからなる。g と合成した f の定義域は、xg の定義域にあり、かつ g( x )f の定義域にあるような x 全体の集合であることに注意せよ。

Domain of a Composite Function 合成関数の定義域

The domain of a composite function f( g( x ) ) is the set of those inputs x in the domain of g for which g( x ) is in the domain of f.

合成関数 f( g( x ) ) の定義域は、g の定義域の中で g( x )f の定義域に入るような入力 x の集合である。

How To 手順

Given a function composition f(g(x)), determine its domain.

関数の合成 f(g(x)) が与えられたとき、その定義域を決める。

1. Find the domain of g.2. Find the domain of f.3. Find those inputs x in the domain of g for which g( x ) is in the domain of f. That is, exclude those inputs x from the domain of g for which g( x ) is not in the domain of f. The resulting set is the domain of fg.

1. g の定義域を求める。2. f の定義域を求める。3. g の定義域の中で、g( x )f の定義域に入るような入力 x を求める。つまり、g( x )f の定義域に入らない入力 xg の定義域から除く。残った集合が fg の定義域である。

Example 8例8

Finding the Domain of a Composite Function合成関数の定義域を求める

Find the domain of

次の定義域を求めよ。

( fg )(x)wheref(x)=5 x1 andg(x)=4 3x2

Solution 解答

The domain of g( x ) consists of all real numbers except x=2 3 , since that input value would cause us to divide by 0. Likewise, the domain of f consists of all real numbers except 1. So we need to exclude from the domain of g( x ) that value of x for which g( x )=1.

g( x ) の定義域は x=2 3 を除くすべての実数からなる。その入力値では0で割ることになるからである。同じく f の定義域は1を除くすべての実数からなる。よって g( x ) の定義域からは、g( x )=1. となる x の値を除かなければならない。

4 3x2 = 1 4 = 3x2 6 = 3x x = 2

So the domain of fg is the set of all real numbers except 2 3 and 2. This means that

よって fg の定義域は 2 32. を除くすべての実数の集合である。つまり次のようになる。

x2 3 orx2

We can write this in interval notation as

これは区間の書き方で次のように書ける。

( ,2 3 )( 2 3 ,2 )( 2, )

Example 9例9

Finding the Domain of a Composite Function Involving Radicals根号を含む合成関数の定義域を求める

Find the domain of

次の定義域を求めよ。

( fg )(x) wheref(x)=x+2  and  g(x)=3x

Solution 解答

Because we cannot take the square root of a negative number, the domain of g is ( ,3 ]. Now we check the domain of the composite function

負の数の平方根はとれないので、g の定義域は ( ,3 ] である。ここで合成関数の定義域を確かめる。

( fg )(x)= 3x+2

For ( fg )(x)= 3x+2, 3x+2 0, since the radicand of a square root must be positive. Since square roots are positive, 3x 0 , or, 3x 0, which gives a domain of (-∞,3] .

平方根の中身は正でなければならないので (fg )(x)=3x+2,3x+2 0, である。平方根は正なので 3x 0 ,、すなわち 3x 0, となり、定義域は (-∞,3] になる。

Analysis 考察

This example shows that knowledge of the range of functions (specifically the inner function) can also be helpful in finding the domain of a composite function. It also shows that the domain of fg can contain values that are not in the domain of f, though they must be in the domain of g.

この例は、関数(とくに内側の関数)の値域を知っていることが、合成関数の定義域を求めるのにも役立つことを示している。また fg の定義域には、g の定義域に入っていなければならないとはいえ、f の定義域に無い値が入りうることも示している。

Try It #6やってみよう6

Find the domain of

次の定義域を求めよ。

( fg )(x) wheref(x)=1 x2  and  g(x)=x+4