數學英文

函數

函數 (function) 或者特別聲明「數學函數」 (mathematical function) 是十七世紀 (the 17th century) 搭配微積分 (calculus) 而發展的新數學物件 (mathematical object)。 Function 原本是法文,英文也沿用同一個字,這個字直譯為「功能」, 意思是「具有特定效果的作用」。 十七世紀時,為了研究瞬間速度與累積位移, 用這個字代表從時間決定一個運動中的質點位置的「功能」, 特別用來表述「〔決定〕行星的位置是時間的一種功能」:

The position of a planet is a function of time.
這句話如今演變成:「行星位置是時間的函數」。 所以,函數的典型意涵就是運動質點的「時間─位置關係」。

函數的不嚴謹 (nonrigorous 或 not rigorous) 定義 (definition), 在十九世紀受到檢討, 最後用集合論 (set theory) 將它正規化 (be formalized)。 在中學階段,教科書經常使用有限集合之間的對應關係 (a correspondence diagram between finite sets) 解釋函數,這個抽象模型 (abstract model) 跟直覺上容易理解的「時間─位置關係」 (position-time correspondence) 相差甚遠,對於初學者可能並無幫助。

時間─位置關係是學習函數概念的適當切入點: 將自變數 (independent variable) \(x\) 解釋為時間 (time), 應變數 (dependent variable) \(y\) 解釋為位置 (position), 則函數的規定:「定義域中每個 \(x\) 都有一個(且僅有一個)對應的 \(y\)」

For each \(x\) of the domain there is one (and only one) corresponding \(y\).
這是因為物體在每一瞬間必定處於唯一的一個位置──不會憑空消失,也不會有分身。

時間─位置圖 (position-time graph) 也就是函數圖形 (graph of a function) 的典型範例 (a typical example)。

函數的名字通常用符號 \(f\) 或 \(g\)。當 \(f\) 的定義域 (domain) 是 \(X\)、 對應域 (codomain) 是 \(Y\),我們說 \(f\) 是一個從 \(X\) 映射到 \(Y\) 的函數:

\(f\) is a function from \(X\) into \(Y\)
記作 \(f:X\to Y\)。 值域 (range) 是對應域的子集合,它不一定是整個對應域。 當 \(f\) 以 \(x\) 為自變數,說 \(f\) is a function of \(x\), 記作 \(f(x)\),讀作 f of x。

像 \(f(x)\) 這樣只有一個變數的函數稱為單變數函數:

a function in one variable 或者 a univariate function
中學幾乎只討論單變函數,只在線性規劃 (linear programming) 稍微觸碰了雙變函數 \(f(x,y)\):
functions in two variables 或者 bivariate functions

函數又稱為映射:map 或 mapping。

[語音講解:function.mp3]

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Created: Jul 24, 2023
Last Revised: 08/04
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