プリンキピア

第1章関数とグラフ

Polynomials多項式

A linear function is a special type of a more general class of functions: polynomials. A polynomial function is any function that can be written in the form
英語のヒント
1次式の関数は、より広い関数の分類である多項式関数の特別な場合である。多項式関数とは、次の形で書ける関数をいう。
f(x)=anxn+an−1xn−1+…+a1x+a0
(1.7)
for some integer n≥0 and constants an,an−1,…,a0, where an≠0. In the case when n=0, we allow for a0=0; if a0=0, the function f(x)=0 is called the zero function. The value n is called the degree of the polynomial; the constant an is called the leading coefficient. A linear function of the form f(x)=mx+b is a polynomial of degree 1 if m≠0 and degree 0 if m=0. A polynomial of degree 0 is also called a constant function. A polynomial function of degree 2 is called a quadratic function. In particular, a quadratic function has the form f(x)=ax2+bx+c, where a≠0. A polynomial function of degree 3 is called a cubic function.
英語のヒント
ここで、n≥0は整数、an,an−1,…,a0は定数であり、an≠0とする。n=0の場合にはa0=0も認め、a0=0であれば、関数f(x)=0を零関数という。nを多項式の次数、定数anを最高次の係数という。f(x)=mx+bという関数は、m≠0なら次数1の多項式、m=0なら定数多項式である。次数0の多項式は定数関数とも呼ばれる。次数2の多項式関数は2次関数と呼ばれ、具体的にはf(x)=ax2+bx+cという形で、a≠0である。次数3の多項式関数を3次関数という。

Power Functionsべき関数

Some polynomial functions are power functions. A power function is any function of the form f(x)=axb, where a and b are any real numbers. The exponent in a power function can be any real number, but here we consider the case when the exponent is a positive integer. (We consider other cases later.) If the exponent is a positive integer, then f(x)=axn is a polynomial. If n is even, then f(x)=axn is an even function because f(−x)=a(−x)n=axn if n is even. If n is odd, then f(x)=axn is an odd function because f(−x)=a(−x)n=−axn if n is odd (Figure 1.18).
英語のヒント
多項式関数の中には、べき関数であるものもある。べき関数とはf(x)=axbという形の関数であり、aとbは任意の実数である。べき関数の指数はどんな実数でもよいが、ここでは正の整数の場合を考える。その他の場合は後で扱う。指数が正の整数なら、f(x)=axnは多項式である。nが偶数なら、f(x)=axnは偶関数になる。nが偶数のときf(−x)=a(−x)n=axnとなるからである。nが奇数なら、f(x)=axnは奇関数になる。nが奇数のときf(−x)=a(−x)n=−axnとなるからである(図1.18)。
2つのグラフ。どちらもx軸の目盛りは−4から4、y軸は−6から7。(a)にはf(x) = x⁴とf(x) = x²が描かれ、どちらも原点まで減少し、その後は増加する。いずれもy軸について対称で、|x| > 1ではx⁴の曲線のほうが急に上昇する。(b)にはf(x) = x⁵とf(x) = x³が描かれる。どちらも原点付近で平らになりながら増加し、原点について対称である。|x| > 1ではx⁵の絶対値のほうが速く大きくなる。

OpenStax, Rice University; Calculus Volume 1. · CC BY-NC-SA 4.0

Figure 1.18図 1.18
(a) For any even integer n,f(x)=axn is an even function. (b) For any odd integer n,f(x)=axn is an odd function.
(a) 任意の偶数の整数nf(x)=axnは偶関数である。(b) 任意の奇数の整数nf(x)=axnは奇関数である。

Behavior at Infinity無限遠での振る舞い

To determine the behavior of a function f as the inputs approach infinity, we look at the values f(x) as the inputs, x, become larger. For some functions, the values of f(x) approach a finite number. For example, for the function f(x)=2+1/x, the values 1/x become closer and closer to zero for all values of x as they get larger and larger. For this function, we say “f(x) approaches two as x goes to infinity,” and we write f(x)→2 as x→∞. The line y=2 is a horizontal asymptote for the function f(x)=2+1/x because the graph of the function gets closer to the line as x gets larger.
英語のヒント
入力が無限大に近づくときの関数fの振る舞いを調べるには、入力xを大きくしていったときの値f(x)に注目する。関数によっては、f(x)が有限の数に近づく。たとえば、関数f(x)=2+1/xでは、xを大きくするほど1/xは0に近づく。このとき、xが無限大に近づくとf(x)は2に近づくといい、x→∞のときf(x)→2と書く。xを大きくするにつれて関数のグラフが直線y=2に近づくので、この直線を関数f(x)=2+1/xの水平漸近線という。
For other functions, the values f(x) may not approach a finite number but instead may become larger for all values of x as they get larger. In that case, we say “f(x) approaches infinity as x approaches infinity,” and we write f(x)→∞ as x→∞. For example, for the function f(x)=3x2, the outputs f(x) become larger as the inputs x get larger. We can conclude that the function f(x)=3x2 approaches infinity as x approaches infinity, and we write 3x2→∞ as x→∞. The behavior as x→−∞ and the meaning of f(x)→−∞ as x→∞ or x→−∞ can be defined similarly. We can describe what happens to the values of f(x) as x→∞ and as x→−∞ as the end behavior of the function.
英語のヒント
一方、xを大きくしていくと、関数値f(x)が有限の数に近づかず、際限なく大きくなる関数もある。この場合、xが無限大に近づくとf(x)も無限大に近づくといい、x→∞のときf(x)→∞と書く。たとえば関数f(x)=3x2では、入力xが大きくなるにつれて出力f(x)も大きくなる。したがって、関数f(x)=3x2はxが無限大に近づくと無限大に近づき、x→∞のとき3x2→∞と書く。x→−∞のときの振る舞いや、x→∞またはx→−∞のときf(x)→−∞となることの意味も、同じように定義できる。x→∞のとき、およびx→−∞のときにf(x)の値がどうなるかを、その関数の無限遠での振る舞いという。
To understand the end behavior for polynomial functions, we can focus on quadratic and cubic functions. The behavior for higher-degree polynomials can be analyzed similarly. Consider a quadratic function f(x)=ax2+bx+c. If a>0, the values f(x)→∞ as x→±∞. If a<0, the values f(x)→−∞ as x→±∞. Since the graph of a quadratic function is a parabola, the parabola opens upward if a>0; the parabola opens downward if a<0. (See Figure 1.19(a).)
多項式関数の無限遠での振る舞いを理解するため、2次関数と3次関数に注目しよう。より高い次数の多項式も同様に調べられる。2次関数f(x)=ax2+bx+cを考える。a>0なら、x→±∞のときf(x)→∞となる。a<0なら、x→±∞のときf(x)→−∞となる。2次関数のグラフは放物線なので、a>0なら上向きに開き、a<0なら下向きに開く(図1.19(a))。
Now consider a cubic function f(x)=ax3+bx2+cx+d. If a>0, then f(x)→∞ as x→∞ and f(x)→−∞ as x→−∞. If a<0, then f(x)→−∞ as x→∞ and f(x)→∞ as x→−∞. As we can see from both of these graphs, the leading term of the polynomial determines the end behavior. (See Figure 1.19(b).)
英語のヒント
次に3次関数f(x)=ax3+bx2+cx+dを考える。a>0なら、x→∞のときf(x)→∞となり、x→−∞のときf(x)→−∞となる。a<0なら、x→∞のときf(x)→−∞となり、x→−∞のときf(x)→∞となる。両方のグラフからわかるように、多項式の最高次の項が無限遠での振る舞いを決める(図1.19(b))。
2つのグラフ。(a)はx軸が−4から5、y軸が−4から6。f(x) = −x² − 4x − 4は(−2, 0)まで増加してから減少する下向きの放物線で、x軸との交点は(−2, 0)、y軸との交点は(0, −4)。f(x) = 2x² − 12x + 16は(3, −2)まで減少してから増加する上向きの放物線で、x軸との交点は(2, 0)、(4, 0)。(b)はx軸が−4から3、y軸が−4から6。f(x) = −x³ − 3x² + x + 3は約(−2.2, −3.1)まで減少し、約(0.2, 3.1)まで増加して再び減少する。x軸との交点は(−3, 0)、(−1, 0)、(1, 0)、y軸との交点は(0, 3)。f(x) = x³ − 3x² + 3x − 1は増加し、(1, 0)で水平になった後も増加する。x軸との交点は(1, 0)、y軸との交点は(0, −1)。

OpenStax, Rice University; Calculus Volume 1. · CC BY-NC-SA 4.0

Figure 1.19図 1.19
(a) For a quadratic function, if the leading coefficient a>0, the parabola opens upward. If a<0, the parabola opens downward. (b) For a cubic function f, if the leading coefficient a>0, the values f(x)→∞ as x→∞ and the values f(x)→−∞ as x→−∞. If the leading coefficient a<0, the opposite is true.
(a) 2次関数は、最高次の係数がa>0なら上向きの放物線、a<0なら下向きの放物線になる。(b) 3次関数fの最高次の係数がa>0なら、x→∞のときf(x)→∞、x→−∞のときf(x)→−∞となる。最高次の係数がa<0なら、その逆である。