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Was also ist eine Funktion? Unter einer Funktion kann man sich eine Input-Output-Maschine (Eingabe-Ausgabe-Maschine) vorstellen. Sie nimmt ein Ding als Eingabe entgegen und gibt daraufhin ein Ding aus. Und das macht sie nach einer genauen (eindeutigen) Vorschrift - gleiche Eingaben führen immer zu gleichen Ausgaben. Das ist alles!
"Ding" bedeutet vorläufig für uns "Zahl". Eine Funktion ist also für uns
zunächst eine Maschine, die aus einer Eingabe-Zahl eine Ausgabe-Zahl macht.
Hier haben wir eine solche Maschine:
Sie werden sicher nicht lange brauchen, um es herauszufinden: Die Maschine quadriert die Eingabe-Zahl! Es ist eine Quadrier-Maschine. Sie stellt die Idee dar, daß jeder Zahl x ihr Quadrat x2 zugeordnet wird. Ihre Zuordnungsvorschrift heißt schlicht und einfach "quadrieren". Dadurch ist eine Funktion definiert. Wir könnten sie "Quadrier-Funktion" nennen.
Die Zuordnung ist eindeutig: Gleiche Eingaben führen immer zu gleichen Ausgaben, wie wir schon oben gesagt haben. Man könnte nun umgekehrt fragen, ob aus der Ausgabe auf die Eingabe rückgeschlossen werden kann. Wenn die Ausgabe die Zahl 4 ist - was war die Eingabe? Wenn Sie jetzt sagen "die Zahl 2", so haben Sie nicht ganz recht - es könnte auch -2 gewesen sein! Der Rückschluß auf die Eingabe ist also nicht zwangsläufig möglich! Die zwei Zahlenfelder in unserer Quadrier-Maschine sind nicht "gleichberechtigt". Wenn wir wissen, was im linken (Eingabe-)Feld steht, wissen wir, was im rechten (Ausgabe-)Feld steht (nämlich das Quadrat der Eingabe), aber aus der Kenntnis der Ausgabe folgt nicht notwendigerweise die Kenntnis der Eingabe. Funktionen arbeiten daher in einer "Richung":
und diese Richtung ist auch in der obigen Maschine durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Nun betrachten wir eine andere Maschine:
Haben Sie es geschafft? Die Maschine verdoppelt die Eingabe-Zahl und subtrahiert 1.
Die Zuordnungsvorschrift heißt jetzt "verdoppeln und 1 subtrahieren".
Wir haben es hier mit der "Verdoppeln-und-1-subtrahieren-Funktion" zu tun, und Sie sehen
sicher ein, daß es jetzt besser ist, eine abgekürzte Schreibweise zu verwenden,
um zu beschreiben, was unsere Maschinen tut. Sie stellt einfach die Idee dar,
daß jeder Zahl
x
die Zahl
Wir haben bisher zwei Funktionen betrachtet:
| (1) |
In derselben Weise wird die Wirkung der Funktion g kurz als
| (2) |
Die Schreibweise mit Zuordnungs-Pfeil drückt aus, daß hier von einer beliebigen Eingabe-Zahl ausgegangen wird und gemäß einer gewissen Vorschrift eine Ausgabe erfolgt. Es gibt auch gar keinen zwingenden Grund, die Eingabe-Zahl unbedingt mit dem Buchstaben x zu bezeichnen. So kann die Funktion f anstelle von (1) etwa auch in der Form
| (3) |
| (4) |
Die Schreibweise mit Zuordnungs-Pfeil kann auch angewandt werden, um anzuschreiben, was mit konkreten Eingabe-Zahlen unter der Wirkung einer Funktion geschieht, z.B. im Fall der Funktion f
| |||||||||||||||||||
Neben der Schweibweise mit Zuordnungs-Pfeil ist eine weitere
Notation gebräuchlich, die in der Praxis sogar noch nützlicher ist.
| (5) |
Die Zeichen
Bei dieser Schreibweise gilt allgemein das Schema
So haben wir etwa
| |||||||||||||||||||
Der Vergleich einer Funktion mit einer Maschine ist hier besonders
augenfällig: Zwischen den "von"-Klammern befindet sich, bildlich gesprochen,
das Eingabefeld. Eine beliebige Zahl kann anstelle der Punkte in
Wieder kommt es auf das verwendete Symbol nicht an, und wir können die Funktion f anstelle von (5) genausogut in der Form
| (6) |
Um diese Schreibweise kurz zu illustrieren, stellen wir
die Frage, was
Unsere Funktion g kann ganz
analog in der Form
Nun wissen Sie bereits sehr viel über den mathematischen
Funktionsbegriff.
Definition:
Eine Funktion (auch Abbildung genannt) f "von der Menge
A in die Menge
B" ist eine
Vorschrift, die jedem Element von
A in eindeutiger Weise
ein Element der Menge B
zuordnet.
Um auszudrücken, daß
f eine solche Funktion ist, wird
In unseren bisherigen Beispielen war
A = B =
R, der Menge der reellen Zahlen.
[RECHTS: WH]
In den meisten Fällen von Funktionen, denen wir begegnen werden, wird
A (die Menge, aus der die Eingabe-Werte
beliebig gewählt werden können) entweder
R oder eine Teilmenge von
R sein. Die Ausgabe-Werte werden meistens reelle Zahlen
sein, d.h.
B = R.
g(x) = 2 x - 1 (7)
Eine Funktion ist natürlich keine "Maschine" im mechanischen Sinn,
und auch kein Computerprogramm - sie besteht
lediglich aus einer eindeutigen Zuordnungsvorschrift.
Weiters kann es solche Vorschriften auch für andere mathematische Objekte
als Zahlen geben.
Ganz allgemein benötigt man für eine Funktion
zwei Mengen (die wir hier
A und
B nennen).
f : A ® B (8)
Nun wissen Sie im Prinzip, was eine mathematische Funktion ist. Wir haben Anwendungen und
Motivationen ausgespart und statt dessen die Metapher der Input-Output-Maschine verwendet,
um Ihnen einen möglichst raschen Zugang zu diesem
wichtigen Begriff zu ermöglichen.
Wenn Sie sich weiterhin mit der Materie beschäftigen, werden Sie
die verschiedensten Funktionen kennenlernen. Sie werden erfahren, wofür man sie
verwendet und wie gewinnbringend mit ihnen hantiert werden kann.