36.3 ความสัมพันธ์ โดเมน และเรนจ์
ห้องเรียนหนึ่งมีนักเรียนสามคน ต้น ฝน และแก้ม โรงเรียนมีชมรมดนตรี ชมรมกีฬา และชมรมหุ่นยนต์ ต้นสมัครสองชมรมคือดนตรีกับหุ่นยนต์ ฝนสมัครกีฬา ส่วนแก้มยังไม่ได้สมัครเลย การจับคู่แบบนี้ไม่เป็นฟังก์ชัน เพราะต้นมีคู่สองชมรม แต่ก็ยังเป็นข้อมูลที่มีประโยชน์ เราบอกได้ว่าใครสมัครอะไร ใครยังไม่สมัคร และชมรมไหนมีคนสมัครบ้าง
หน้า 36.1 กับ 36.2 สนใจเฉพาะการจับคู่ที่เป็นฟังก์ชัน หน้านี้ถอยออกมามองภาพกว้างกว่า คือการจับคู่ทุกแบบ ซึ่งเรียกว่าความสัมพันธ์ แล้วใช้ภาษาเดียวกันนี้หาว่าฟังก์ชันรับข้อมูลเข้าอะไรได้บ้าง และให้ผลลัพธ์อะไรได้บ้าง
ผลคูณคาร์ทีเซียน
ก่อนจะบอกว่าคู่ไหนสัมพันธ์กัน ต้องรู้ก่อนว่าคู่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดมีอะไรบ้าง ในตัวอย่างชมรม นักเรียนสามคนกับชมรมสามชมรมจับคู่ได้ แบบ คู่ที่เกิดจริงมีแค่สามคู่ในเก้าแบบนั้น
นิยาม
ผลคูณคาร์ทีเซียนของเซต และ เขียนว่า คือเซตของคู่อันดับ ทั้งหมด เมื่อ และ
ความสัมพันธ์จาก ไป คือสับเซตของ
ทำไมนิยามความสัมพันธ์ว่าเป็นแค่สับเซต เพราะไม่ว่ากฎการจับคู่จะเขียนด้วยคำพูด ตาราง หรือสูตร สุดท้ายมันก็แค่เลือกว่าคู่ไหนในบรรดาคู่ทั้งหมดที่ถือว่าสัมพันธ์กัน การนิยามด้วยเซตทำให้ใช้เครื่องมือเรื่องเซตจากบทที่ 32 ได้ทันที
ในคู่อันดับ ลำดับสำคัญ ไม่เท่ากับ เว้นแต่สองตัวเท่ากัน คู่อันดับจึงต่างจากเซต ที่สลับที่ได้
ตัวอย่าง 1
ให้ และ หา และบอกว่าเท่ากับ หรือไม่
- จับสมาชิกของ ทีละตัวไปคู่กับสมาชิกของ ทุกตัว ทำแบบนี้จะไม่ตกหล่น เริ่มจาก ได้ แล้ว ได้
- จึงมี คู่ ซึ่งเท่ากับ โดยทั่วไป เพราะตัวหน้าเลือกได้ แบบ แต่ละแบบเลือกตัวหลังได้ แบบ
- ใช้สมาชิกของ เป็นตัวหน้า เช่น ซึ่งไม่อยู่ใน สองเซตนี้มีจำนวนสมาชิกเท่ากันแต่ไม่เท่ากัน
โดเมนและเรนจ์ของความสัมพันธ์
นิยาม
โดเมนของความสัมพันธ์ คือเซตของสมาชิกตัวหน้าที่ปรากฏจริงในคู่อันดับของ เรนจ์คือเซตของสมาชิกตัวหลังที่ปรากฏจริง
คำว่าปรากฏจริงสำคัญมาก ในตัวอย่างชมรม แก้มอยู่ในเซตนักเรียน แต่ไม่มีคู่ จึงไม่อยู่ในโดเมน เรนจ์ก็เช่นกัน อาจเล็กกว่าเซตปลายทาง เพราะสมาชิกบางตัวของ อาจไม่มีใครจับคู่ด้วย
ตัวอย่าง 2
ให้ และ และ หาโดเมนและเรนจ์ของ
- สัญลักษณ์นี้อ่านว่า เซตของคู่ ใน ที่ทำให้ จริง จึงไล่ ทีละตัวใน แล้วดูว่า อยู่ใน หรือไม่
- ได้ อยู่ใน ส่วน ได้ และ ได้ ก็อยู่ใน ทั้งคู่ จึงได้
- ตัวหน้าที่ปรากฏคือ โดเมนจึงเป็น ตัวหลังที่ปรากฏคือ เรนจ์จึงเป็น
- อยู่ใน แต่ไม่อยู่ในเรนจ์ เพราะต้องใช้ ซึ่งไม่อยู่ใน ตรงกับรูปข้างล่างที่จุดในแถว ไม่มีจุดใดถูกเลือก
ลองคิดก่อน
ความสัมพันธ์ทุกตัวเป็นฟังก์ชันหรือไม่ แล้วฟังก์ชันทุกตัวเป็นความสัมพันธ์หรือไม่
ดูคำตอบ
ความสัมพันธ์ไม่จำเป็นต้องเป็นฟังก์ชัน ตัวอย่างชมรมคือหลักฐาน เพราะต้นมีคู่สองตัว แต่ฟังก์ชันทุกตัวเป็นความสัมพันธ์ เพราะฟังก์ชันก็คือเซตของคู่อันดับ เพียงแต่มีเงื่อนไขเพิ่มว่าตัวหน้าห้ามซ้ำกันโดยที่ตัวหลังต่างกัน ฟังก์ชันจึงเป็นความสัมพันธ์ชนิดพิเศษ
โดเมนของสูตร
เมื่อฟังก์ชันให้มาเป็นสูตรโดยไม่บอกโดเมน ตกลงกันว่าโดเมนคือจำนวนจริงทุกตัวที่แทนลงในสูตรแล้วได้ผลเป็นจำนวนจริง ในระดับนี้มีสองเรื่องที่ทำให้สูตรใช้ไม่ได้
- ตัวส่วนห้ามเป็นศูนย์ เพราะการหารด้วยศูนย์ไม่มีความหมาย
- ข้างในรากที่สองต้องไม่ติดลบ เพราะไม่มีจำนวนจริงใดยกกำลังสองแล้วติดลบ ตามที่เรียนในบทที่ 34
ถ้าสูตรมีทั้งสองเรื่อง ข้อมูลเข้าต้องผ่านทุกเงื่อนไขพร้อมกัน จึงใช้ส่วนร่วม ไม่ใช่ยูเนียน
ตัวอย่าง 3
หาโดเมนของ
- ดูรากก่อน ข้างในรากคือ ต้องไม่ติดลบ จึงได้ หรือ
- ดูตัวส่วน ห้ามเป็นศูนย์ จึงได้
- ต้องจริงทั้งสองข้อ จึงเอาช่วง แล้วเจาะ ออก ได้โดเมน
- ตรวจด้วยตัวเลข ได้ คำนวณได้ ส่วน ได้ ไม่เป็นจำนวนจริง และ ได้ตัวส่วนศูนย์ ตรงกับคำตอบ
ลองคิดก่อน
เพื่อนตอบโดเมนของตัวอย่าง 3 ว่า หรือ ซึ่งเขียนเป็นเซตได้ ทั้งหมด ผิดตรงไหน
ดูคำตอบ
เพื่อนใช้ยูเนียน แปลว่าผ่านเงื่อนไขเดียวก็พอ ลองแทน ซึ่งผ่านเงื่อนไข จะได้ ไม่เป็นจำนวนจริง สูตรต้องคำนวณได้ทุกส่วนพร้อมกัน จึงต้องใช้ คำว่า และ หรือส่วนร่วม
ตัวอย่าง 4
หาโดเมนของ
- ไม่มีราก มีแต่ตัวส่วน จึงหาค่าที่ทำให้ตัวส่วนเป็นศูนย์แล้วตัดออก
- แก้ แยกตัวประกอบตามบทที่ 20 ได้ จึงได้ หรือ
- โดเมนคือ ที่พลาดบ่อยคือตัดแค่ เพราะลืมว่ายกกำลังสองแล้วได้ มีทั้งบวกและลบ
หาเรนจ์
หาโดเมนคือถามว่า ใส่อะไรได้บ้าง หาเรนจ์คือถามว่า ได้อะไรออกมาได้บ้าง คำถามหลังยากกว่า เพราะการแทนค่าไม่กี่ตัวลงในตารางไม่พอสำหรับโดเมนที่มีสมาชิกไม่จำกัด ต้องให้เหตุผลสองด้าน
- จำกัด แสดงว่าผลลัพธ์ทำค่าบางค่าไม่ได้ เช่น กำลังสองของจำนวนจริงไม่ติดลบ
- เกิดได้จริง แสดงว่าค่าที่เหลือทุกค่ามีข้อมูลเข้าในโดเมนที่ให้ค่านั้น วิธีที่ใช้บ่อยคือตั้ง แล้วแก้หา
ลองคิดก่อน
ถ้า บน เรนจ์เป็น หรือไม่
ดูคำตอบ
ไม่ใช่ เพราะ จึงได้ นี่คือด้านจำกัด ส่วนด้านเกิดได้จริง ถ้า เลือก จะได้ พอดี เรนจ์จึงเป็น
ตัวอย่าง 5
หาเรนจ์ของ บน
- รูปนี้มองไม่ออกว่าค่าต่ำสุดเท่าไร จึงทำกำลังสองสมบูรณ์แบบบทที่ 25 ครึ่งหนึ่งของ คือ ได้
- ด้านจำกัด เสมอ จึงได้ ค่าน้อยกว่า เกิดไม่ได้
- ด้านเกิดได้จริง ถ้า แก้ ได้ ซึ่งเป็นจำนวนจริงเพราะ
- เรนจ์จึงเป็น ตรงกับกราฟพาราโบลาเปิดขึ้นที่มีจุดยอด
ตัวอย่าง 6
หาเรนจ์ของ บนโดเมน
- ด้านจำกัด เศษส่วนจะเป็นศูนย์ได้ก็ต่อเมื่อตัวเศษเป็นศูนย์ แต่ตัวเศษคือ ค่าฟังก์ชันจึงเป็นศูนย์ไม่ได้
- ด้านเกิดได้จริง ถ้า แก้ คูณไขว้ได้ จึงได้
- ต้องตรวจว่า ที่ได้อยู่ในโดเมน ไม่มีทางเท่ากับ เพราะ จึงใช้ได้
- ทุก จึงเกิดได้จริง เรนจ์คือ
การแสดงเพียงว่า ยังไม่พอ เพราะนั่นแค่จำกัดเรนจ์ ต้องยืนยันด้วยว่าทุกค่าที่เหลือเกิดขึ้นจริง ข้อมูลเข้า ที่ได้จากการย้อนสมการคือหลักฐานนั้น วิธีย้อนสมการแบบนี้จะเป็นเครื่องมือหลักของการหาฟังก์ชันผกผันในหน้า 36.5 ส่วนหน้าถัดไปจะนำฟังก์ชันมาบวก ลบ คูณ หาร และต่อกัน ซึ่งต้องใช้เรื่องโดเมนที่เรียนในหน้านี้ทุกขั้น
สรุป
- คือคู่อันดับที่เป็นไปได้ทั้งหมด มี คู่ และความสัมพันธ์คือสับเซตของมัน
- โดเมนกับเรนจ์มาจากคู่ที่ปรากฏจริง เรนจ์อาจเล็กกว่าเซตปลายทาง
- โดเมนของสูตร ตัดค่าที่ทำให้ตัวส่วนเป็นศูนย์ และค่าที่ทำให้ข้างในรากติดลบ หลายเงื่อนไขใช้ส่วนร่วม
- หาเรนจ์ต้องแสดงทั้งด้านจำกัดและด้านเกิดได้จริง