2変数関数とその属性:トピック一覧  

 ・定義:2変数関数/2変数関数のグラフ 
 ・
定義:2変数関数の定義域/像・値/値域/逆像・原像 
 ・
定義:有界な2変数関数/2変数関数の最大値・最大点・最小値・最小点  

 ※関数定義関連ページ:1変数関数/ n変数関数/実数値関数一般/ベクトル値関数/写像一般 
 ※2変数関数に関する諸概念の定義:2変数関数の極限/連続性/偏微分/全微分/矩形上の積分/点集合上の積分/  
 
※2変数関数の具体例:2変数一次関数/2変数二次同次関数  
 
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定義:2変数関数 

定義

2変数関数とは、
「
2個の実数の組(x,y)に対して、実数zを対応づける規則」
「
2次元平面R2上の点集合Dに属す各点Pにたいして、
                
実数zを対応づける規則」
「
2次元平面R2の部分集合Dから、実数体Rへの、写像」
のこと。
   
z=f (x,y) 、z=f (P) 、f : D→R 、f :R2⊃D→R 
などと表す。

[文献]
西村『経済数学早分かり』3章§1.1関数とは(p.104)
小平『解析入門�U』§6.1(p253);§6.4(p309);
笠原『微分積分学』1.4(pp.22-3)。
杉浦『
解析入門I』I§6(p.50);
黒田『微分積分学』3.1.1(p.84);8.2.1(p.276);
��木『解析概論』8.函数(p.19)

定義の
ベクトル
表現

2個の実数の組(x,y)とは、実2次元数ベクトルのことにほかならないから、
2変数関数とは、
「
実2次元数ベクトルx=(x,y)にたいして、実数zを対応づける規則」。
「
実2次元数ベクトル空間R2の部分集合(定義域)Dの各元xに対して、
                  
実数体Rの元zを対応づける規則」
「
実2次元数ベクトル空間R2の部分集合から、実数体Rへの、写像」
などといっても同じ。
z=f (x) 、f: D→R 、f :R2⊃D→R  などと表す。

類概念

1変数関数/ n変数関数/実数値関数一般/ベクトル値関数/写像一般 

具体例

2変数一次関数/2変数二次同次関数/

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定義:2変数関数の定義域domain 


定義


2変数関数「f :R2⊃D→R」の定義域とは、
点集合Dのこと。


[文献]
黒田『微分積分学』3.1.1(p.84);3.1.2(p.86);8.2.1(p.276);
笠原『微分積分学』1.4(p.22)

類概念

1変数関数の定義域/ n変数関数の定義域/実数関数一般の定義域/ベクトル値関数の定義域 

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定義:2変数関数の像・値 


点の像


「
2変数関数f による点P=(x,y)の像」
「
点P=(x,y)におけるf の値」
  
f (x,y)、f (P)
とは、
f によって点P=(x,y)に対応付けられた実数のこと。


[類概念]
1変数関数の像・値/ n変数関数の像・値/実数値関数一般の像・値/ベクトル値関数の像・値/写像の「像」
[文献]黒田『微分積分学』3.1.2(p.86;87);8.2.1(p.276);

集合の像

「2変数関数f による『定義域の部分集合A』の像」f (A)とは、
『
定義域の部分集合A』に属す点のfによる像を、全部集めて出来る集合のこと。
 つまり、
f :R2⊃D→R 、A⊂D⊂R2にたいして、 f (A)={ f (a)∈R | a∈A } と定義される。

定義:2変数関数の値域range 

定義

2変数関数「f :R2⊃D→R」の値域とは、
f による定義域の像 f (D)={ f (a)∈R | a∈D }のこと。

[文献]
黒田『
微分積分学』3.1.1(p.84);3.1.2(p.86);8.2.1(p.276);
笠原『微分積分学』1.4(p.22);

類概念

1変数関数の値域/ n変数関数の値域/実数値関数一般の値域/ベクトル値関数の値域 

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定義:2変数関数の逆像・原像inverse image 

点の逆像

「点P=(x,y)が、
  
2変数関数『f :R2⊃D→R』 による実数bの逆像である」
  
P=f −1 (b)
とは、
点P=(x,y)のf による像が実数bであるということ
    
f (P)=b
をいう。
※
実数bのf による逆像は、複数存在しうる。

[類概念]
1変数関数の逆像、 n変数関数の逆像
実数値関数一般の逆像
ベクトル値関数の逆像 
写像の「逆像」

[文献]
黒田『
微分積分学』3.1.2(p.86;87)

集合の
逆像

「2変数関数『f :R2⊃D→R』 による『R上の点集合B』の逆像」
  
f −1 (B) 
とは、
定義域Dに属す点のうち、その像がBに入るもの全体の集合のこと。
つまり、
f :R2⊃D→R 、B⊂Rにたいして、  
      
f -1 (B)={ a∈D⊂R2 | f (a)∈B⊂R} 
と定義される。

   

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定義:2変数関数のグラフ 

 


[抽象的な定義]
2変数関数「f :R2⊃D→R」のグラフとは、
定義域D⊂R2に属すすべての点Pにたいして、
 
Pとf (P)との順序対 (P, f (P) ) をつくって集めた集合
    
Gf={ (P, f (P) ) | P∈D⊂R2 }
のこと。

[実用的な定義]
2変数関数「f :R2⊃D→R」のグラフとは、
 ・
定義域D⊂R2に属すすべての点(x, y ) にたいして、
    
(x, y, f (x,y) ) をつくって、集めた集合 
      
Gf={ (x, y, f (x,y) ) | (x, y )∈D⊂R }
 ないし
 ・「
(x, y )∈D⊂R かつ z=f (x,y)」を満たす(x, y, z ) を全て集めた集合
    
Gf={ (x, y, z ) | (x, y )∈D⊂R かつ z=f (x,y) }
のこと。 
[性質]
2変数関数「f :R2⊃D→R」のグラフは、
 
R2×RすなわちR3の部分集合となる。
     すなわち、
Gf⊂R3 
  


[文献]小平『解析入門�U』§6.1 (p.264);笠原『微分積分学』1.4(p.24);
[一般化] 1変数関数のグラフ/写像のグラフ/対応のグラフ 
[例] 2変数1次関数のグラフ/2変数2次関数のグラフ

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定義:2変数関数が有界 

有界

「2変数関数『f :R2⊃D→R』が有界である」とは、
 
f の値域がR上の点集合として有界であるということ、
 つまり、
 「
定義域Dに属すあらゆる点P=(x,y)に対して、| f (P)|≦M」を満たす実数M>0が存在する
     
論理記号では、(∃M>0)(∀P∈D⊂R2)(| f (P)|≦M) ということ
をいう。


[文献]
Rudin
『現代解析学』4.13(p.87)距離空間一般上。
杉浦『
解析入門I』I§6定義4(p.55);

点集合
で
有界

「2変数関数『f :R2⊃D→R』が点集合Aで有界である」とは、
 「
f による『定義域の部分集合A』の像」f (A)がR上の点集合として有界であるということ。
 つまり、
f :R2⊃D→R 、A⊂D⊂R2という設定のもと、
 「
点集合Aに属すあらゆる点P=(x,y)に対して、| f (P)|≦M」を満たす実数M>0が存在するということ
   
論理記号では、(∃M>0)(∀P∈A⊂D⊂R2)(| f (P)|≦M)  

定義:2変数関数の最大値・最大点・最小値・最小点 

最大値

「2変数関数f の点集合Aにおける最大値」とは、
  「
f による『定義域の部分集合A』の像」の(実数の集合としての)最大元のこと。
つまり、   
f :R2⊃D→R 、A⊂D⊂R2という設定のもとで、「2変数関数f の点集合Aにおける最大値」といえば、max f (A)を指す。
※「2変数関数f の点集合Aにおける最大値」は存在する場合もあれば、存在しない場合もある。
  →
最大値・最小値定理  

[文献]
杉浦『解析入門I』I§7(p.68);

最大点

「点P=(x,y)が、2変数関数f の点集合Aにおける最大点である」とは、
「
点Pのf による像」f (P)が「f の点集合Aにおける最大値である」ということ。
つまり、
f :R2⊃D→R, P∈A⊂D⊂R2との設定下で「点Pが2変数関数f の点集合Aにおける最大点である」といえば、
     
f (P)=max f (A) となることを指す。 

最小値

「2変数関数f の点集合Aにおける最小値」とは、
  「
f による『定義域の部分集合A』の像」の(実数の集合としての)最小元のこと。
つまり、
f :R2⊃D→R 、A⊂D⊂R2という設定のもとで、「2変数関数f の点集合Aにおける最小値」といえば、
     
min f (A)を指す。
※「2変数関数f の点集合Aにおける最小値」は存在する場合もあれば、存在しない場合もある。
  →
最大値・最小値定理  

最小点

「点P=(x,y)が、2変数関数f の点集合Aにおける最小点である」とは、
「
点Pのf による像」f (P)が、「f の点集合Aにおける最小値である」ということ。
つまり、
f :R2⊃D→R, P∈A⊂D⊂R2との設定下で「点Pが2変数関数f の点集合Aにおける最小点である」といえば
     
f (P)=min f (A)となることを指す。 

   

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(reference)

和達三樹『理工系の数学入門コース1・微分積分』岩波書店、1988年、pp.112-114.
吹田・新保『理工系の微分積分学』学術図書出版社、1987年。pp.158-159.
矢野・田代『社会科学者のための基礎数学 改訂版』裳華房、1993年, p. 91.
『岩波数学辞典(第三版)』項目58関数D族・列(p.158)、項目166収束(pp.436).
高木貞治『解析概論改訂第三版』岩波書店、1983年、p. 20.
小平邦彦『解析入門II』(軽装版)岩波書店、2003年、pp.259-260.
杉浦光夫『解析入門』岩波書店、1980年、pp.50-54, p.60.  極限の定義が特殊なので注意。
高橋一『
経済学とファイナンスのための数学』新世社、1999年、pp.141-143.
ルディン『現代解析学』共立出版、1971年、4.1-4.4(pp.81-3)。一般の距離空間の上で論じている。
高木斉・押切源一『
解析I・微分』共立出版株式会社、1995年。