Apunts 2 dic 2025

1. Funcions i domini

Definició formal de funció, l'exemple del cotxe a 100 km/h ($y = 200/x$), definició de domini i càlcul per tipus — amb la subtilesa de la diferència entre l'arrel d'un quocient i el quocient de dues arrels.

Què és una funció?

Definició

Una funció és una relació entre dues magnituds en què a cada valor de la variable independent ($x$) li associem com a màxim un valor de la variable dependent ($y$). S'escriu:

$$y = f(x).$$

El "com a màxim un" és la clau: cada $x$ pot tenir un únic valor de $y$ (o cap, si $x$ no és al domini), però mai dos.

Un cotxe a 100 km/h

Un cotxe triga 2 h en fer un trajecte si va a 100 km/h. Quina relació hi ha entre el temps (en hores) i la velocitat (en km/h)?

Si va al doble de velocitat (200 km/h), tarda la meitat (1 h). Si va a la meitat (50 km/h), tarda el doble (4 h). És una proporcionalitat inversa:

Temps $x$ (h)$1$$2$$4$
Velocitat $y$ (km/h)20010050

El producte $\,x\cdot y = 200\,$ és constant (la distància total). Aïllant $y$:

$$y = f(x) = \dfrac{200}{x}.$$

Domini d'una funció

Definició

El domini d'una funció $f$ és el conjunt de tots els valors de $x$ per als quals $f(x)$ té sentit (està definida). En notació de conjunts:

$$\operatorname{Dom} f = \{\,x \in \mathbb{R} \mid \exists\, y = f(x)\,\}.$$

Tornem al cotxe: $f(x) = \dfrac{200}{x}$

Aquesta funció té sentit per a qualsevol $x$ excepte $x = 0$ (no es pot dividir per zero). A més, com que $x$ representa un temps, físicament només té sentit $x > 0$ — però matemàticament:

$\operatorname{Dom} f = \mathbb{R} \setminus \{0\}$

Càlcul de dominis

Estratègia: dues preguntes

1) Quin tipus de funció és?

2) Quan té sentit aquesta funció?

Identificat el tipus, apliquem la condició de domini que li correspon. Els casos típics:

Tipus de funcióCondició de domini
Polinomi $P(x)$Sempre — $\operatorname{Dom} = \mathbb{R}$
Racional $\dfrac{P(x)}{Q(x)}$$Q(x) \neq 0$
Arrel parell $\sqrt[2k]{P(x)}$$P(x) \geq 0$
Logaritme $\log_a P(x)$$P(x) > 0$   (estricte)
Exponencial $a^{P(x)}$Sempre — $\operatorname{Dom} = \mathbb{R}$

Exemple 1 — Logaritme d'un polinomi

$f(x) = \log(3x - 1)$

És el logaritme d'un polinomi. Cal que l'argument sigui estrictament positiu:

$$3x - 1 > 0 \;\Longrightarrow\; x > \dfrac{1}{3}.$$
$\operatorname{Dom} f = \bigl(\tfrac{1}{3},\; +\infty\bigr)$

Exemple 2 — Funció racional

$f(x) = \dfrac{3x}{x^{2} - 4}$

És una funció racional. Cal que el denominador sigui diferent de zero:

$$x^{2} - 4 = 0 \;\Longrightarrow\; x = \pm 2.$$

Aquests dos valors es treuen del domini.

$\operatorname{Dom} f = \mathbb{R} \setminus \{-2,\,2\} = (-\infty,\,-2) \cup (-2,\,2) \cup (2,\,+\infty)$

Exemple 3 — Arrel d'un quocient de polinomis

$f(x) = \sqrt{\dfrac{x-3}{x^{2}-4}}$

Hi ha una sola arrel i a dins un quocient. La condició és radicand $\geq 0$ i, a més, denominador $\neq 0$:

$$\dfrac{x-3}{x^{2}-4} \geq 0 \quad \text{i} \quad x^{2}-4 \neq 0.$$

Mètode dels signes. Trobem els zeros del numerador i del denominador per tenir els punts de canvi:

Numerador $x - 3 = 0 \Rightarrow x = 3$.  Denominador $x^{2} - 4 = 0 \Rightarrow x = \pm 2$ (forats!).

Aquests tres punts parteixen la recta en quatre intervals; analitzem el signe a cada un:

Interval$x-3$$x^{2}-4$$\dfrac{x-3}{x^{2}-4}$
$(-\infty,\,-2)$+
$(-2,\,2)$+
$(2,\,3)$+
$(3,\,+\infty)$+++

Volem $\geq 0$ → ens quedem amb les files marcades +: $(-2, 2)$ i $(3, +\infty)$. A més, $x = 3$ també hi entra perquè el quocient val $0$ allà i $0 \geq 0$ ✓. En canvi, $x = \pm 2$ no hi entren (denominador zero).

$\operatorname{Dom} f = (-2,\,2) \cup [3,\,+\infty)$
-2 2 3

Exemple 4 — Quocient de dues arrels

$g(x) = \dfrac{\sqrt{x-3}}{\sqrt{x^{2}-4}}$

Aquí l'expressió "sembla la mateixa" que a l'exemple anterior, però ara hi ha dues arrels separades: una al numerador i una al denominador. Cada arrel ha de tenir el seu propi domini, i a més la del denominador no pot ser $0$ (perquè aleshores el quocient seria indefinit).

Condició 1 — l'arrel del numerador: $\;x - 3 \geq 0 \Rightarrow x \in [3, +\infty)$.

Condició 2 — l'arrel del denominador, amb desigualtat estricta: $\;x^{2} - 4 > 0 \Rightarrow x \in (-\infty, -2) \cup (2, +\infty)$.

El domini és la intersecció de tots dos conjunts:

$$[3, +\infty) \,\cap\, \bigl[(-\infty, -2) \cup (2, +\infty)\bigr] = [3, +\infty).$$

(Perquè $[3, +\infty)$ ja està del tot dins de $(2, +\infty)$.)

$\operatorname{Dom} g = [3,\,+\infty)$
3

Compte: $\sqrt{A/B}$ no és el mateix que $\sqrt{A}/\sqrt{B}$ pel domini

Comparem els exemples 3 i 4:

· $\;f(x) = \sqrt{\dfrac{x-3}{x^{2}-4}}\;\Rightarrow\;\operatorname{Dom} f = (-2, 2) \cup [3, +\infty)$.

· $\;g(x) = \dfrac{\sqrt{x-3}}{\sqrt{x^{2}-4}}\;\Rightarrow\;\operatorname{Dom} g = [3, +\infty)$.

La identitat $\sqrt{A/B} = \sqrt{A}/\sqrt{B}$ només és vàlida quan tots dos costats estan definits. A $f(x)$, l'interval $(-2, 2)$ encara és vàlid perquè el quocient $\frac{x-3}{x^{2}-4}$ és positiu allà (un negatiu dividit per un negatiu): podem fer-ne l'arrel. Però a $g(x)$ no podem ni tan sols arribar-hi: la $\sqrt{x-3}$ ja exigeix $x \geq 3$ pel seu compte.

Exemple 5 — Exponencial d'un polinomi

$f(x) = 3^{5x+1}$

L'exponencial està definida per a qualsevol exponent real; l'expressió $5x + 1$ és un polinomi i no té cap restricció de domini. Per tant:

$\operatorname{Dom} f = \mathbb{R}$

Exercicis

Calcula el domini de les següents 21 funcions. Estan ordenades de més senzilles (polinomi, log, racional, arrel) a més complexes (quocients amb arrels, arrels de quocients i tres funcions definides per peces). Cada apartat porta la solució amagada — intenta-la primer i després desplega-la.

1a

$f_{1}(x) = -3x^{2} + 12$

Mostrar solució

És un polinomi: està definit per a tot $x \in \mathbb{R}$.

$\operatorname{Dom} f_{1} = \mathbb{R}$.
1b

$f_{2}(x) = \ln(3x+1)$

Mostrar solució

Logaritme d'un polinomi. Cal $\,3x+1 > 0$:

$3x > -1 \;\Longrightarrow\; x > -\tfrac{1}{3}$.

$\operatorname{Dom} f_{2} = \bigl(-\tfrac{1}{3},\;+\infty\bigr)$.
1c

$f_{3}(x) = \dfrac{5}{x}$

Mostrar solució

Funció racional: cal denominador $\neq 0$, és a dir $x \neq 0$.

$\operatorname{Dom} f_{3} = \mathbb{R} \setminus \{0\}$.
1d

$f_{4}(x) = \sqrt{3x+2}$

Mostrar solució

Arrel parell: cal $\,3x+2 \geq 0$:

$3x \geq -2 \;\Longrightarrow\; x \geq -\tfrac{2}{3}$.

$\operatorname{Dom} f_{4} = \bigl[-\tfrac{2}{3},\;+\infty\bigr)$.
1e

$f_{5}(x) = \sqrt[5]{2x+1}$

Mostrar solució

Arrel d'ordre senar (5): no té cap restricció sobre el radicand. Està definida per a tot $x \in \mathbb{R}$.

$\operatorname{Dom} f_{5} = \mathbb{R}$.
1f

$f_{6}(x) = \dfrac{(x-1)(x-2)}{x+1}$

Mostrar solució

Racional: cal denominador $\neq 0$, és a dir $x+1 \neq 0$ → $x \neq -1$.

$\operatorname{Dom} f_{6} = \mathbb{R} \setminus \{-1\}$.
1g

$f_{7}(x) = \dfrac{(x-1)(x-2)}{x-1}$

Mostrar solució

Racional: cal $x - 1 \neq 0$ → $x \neq 1$.

Encara que algebraicament $\dfrac{(x-1)(x-2)}{x-1} = x-2$ per $x \neq 1$, l'expressió original no està definida a $x = 1$ (un "forat" o discontinuïtat evitable).

$\operatorname{Dom} f_{7} = \mathbb{R} \setminus \{1\}$.
1h

$f_{8}(x) = \dfrac{\sqrt{x+3}}{x+1}$

Mostrar solució

Cal: arrel del numerador definida ($x+3 \geq 0$) i denominador $\neq 0$ ($x+1 \neq 0$):

$x \geq -3 \;\;$ i $\;\; x \neq -1$.

$\operatorname{Dom} f_{8} = [-3,\,-1) \cup (-1,\,+\infty)$.
1i

$f_{9}(x) = \dfrac{x+4}{\sqrt{2x+6}}$

Mostrar solució

L'arrel és al denominador: cal $2x+6 > 0$ (estricte, perquè denominador no pot ser zero):

$2x > -6 \;\Longrightarrow\; x > -3$.

$\operatorname{Dom} f_{9} = (-3,\,+\infty)$.
1j

$f_{10}(x) = \dfrac{2}{x^{2}+1}$

Mostrar solució

Denominador $x^{2}+1 \geq 1 > 0$ per a tot $x$ — mai s'anul·la.

$\operatorname{Dom} f_{10} = \mathbb{R}$.
1k

$f_{11}(x) = \dfrac{2}{x^{2}-1}$

Mostrar solució

Cal $x^{2} - 1 \neq 0$, és a dir $x \neq \pm 1$.

$\operatorname{Dom} f_{11} = \mathbb{R} \setminus \{-1,\,1\}$.
1l

$f_{12}(x) = \dfrac{\sqrt{x+2}}{\sqrt{x-3}}$

Mostrar solució

Cada arrel té el seu domini, i la del denominador estricta $> 0$:

Numerador: $x+2 \geq 0 \Rightarrow x \geq -2$.

Denominador: $x-3 > 0 \Rightarrow x > 3$.

Intersecció: $x > 3$ (perquè $(3, +\infty) \subset [-2, +\infty)$).

$\operatorname{Dom} f_{12} = (3,\,+\infty)$.
1m

$f_{13}(x) = \dfrac{\sqrt{x^{2}-16}}{5x+1}$

Mostrar solució

Cal: $x^{2}-16 \geq 0$ (arrel) i $5x+1 \neq 0$ (denominador).

$x^{2} \geq 16 \Rightarrow x \leq -4$ o $x \geq 4$.  Per altra banda, $x = -\tfrac{1}{5}$ ja és dins de $(-4, 4)$ — fora del domini de l'arrel — així que no afegeix nova restricció.

$\operatorname{Dom} f_{13} = (-\infty,\,-4] \cup [4,\,+\infty)$.
1n

$f_{14}(x) = \sqrt{\dfrac{2x+4}{x-3}}$

Mostrar solució

Cal $\dfrac{2x+4}{x-3} \geq 0$ i $x-3 \neq 0$. Arrels: numerador $x = -2$, denominador $x = 3$ (forat). Mètode dels signes:

Interval$2x+4$$x-3$quocient
$(-\infty,\,-2)$+
$(-2,\,3)$+
$(3,\,+\infty)$+++

$\geq 0$ → $(-\infty, -2] \cup (3, +\infty)$. $x=-2$ inclòs (quocient $= 0$); $x=3$ exclòs (denominador $= 0$).

$\operatorname{Dom} f_{14} = (-\infty,\,-2] \cup (3,\,+\infty)$.
1o

$f_{15}(x) = \sqrt{\dfrac{2x+4}{x^{2}-4}}$

Mostrar solució

Cal $\dfrac{2x+4}{x^{2}-4} \geq 0$ i $x^{2}-4 \neq 0$ (és a dir $x \neq \pm 2$). Factoritzem: $\dfrac{2(x+2)}{(x-2)(x+2)}$.

Per $x \neq -2$ podem simplificar a $\dfrac{2}{x-2}$. Per $x = -2$ la funció no està definida (denominador zero, encara que el numerador també).

Així, per $x \neq \pm 2$, cal $\dfrac{2}{x-2} \geq 0 \Leftrightarrow x - 2 > 0 \Leftrightarrow x > 2$.

$\operatorname{Dom} f_{15} = (2,\,+\infty)$.
1p

$f_{16}(x) = \sqrt{\,-\dfrac{x-4}{3x-9}\,}$

Mostrar solució

Cal $-\dfrac{x-4}{3x-9} \geq 0$, és a dir $\dfrac{x-4}{3(x-3)} \leq 0$, i $x \neq 3$.

Arrels: $x = 4$ (numerador), $x = 3$ (denominador, forat). Signes de $\dfrac{x-4}{x-3}$:

Interval$x-4$$x-3$quocient
$(-\infty,\,3)$+
$(3,\,4)$+
$(4,\,+\infty)$+++

Volem $\leq 0$ → $(3, 4]$. ($x=3$ exclòs per denominador, $x=4$ inclòs perquè el quocient és $0$ i l'arrel és $\sqrt{0} = 0$.)

$\operatorname{Dom} f_{16} = (3,\,4]$.
1q

$f_{17}(x) = \ln(x^{2}+4)$

Mostrar solució

Cal $x^{2}+4 > 0$. Però $x^{2} \geq 0$ sempre, així que $x^{2}+4 \geq 4 > 0$ per a tot $x$.

$\operatorname{Dom} f_{17} = \mathbb{R}$.
1r

$f_{18}(x) = \sqrt{x^{2}-4}$

Mostrar solució

Cal $x^{2}-4 \geq 0$, és a dir $x^{2} \geq 4$, és a dir $|x| \geq 2$.

$\operatorname{Dom} f_{18} = (-\infty,\,-2] \cup [2,\,+\infty)$.
1s

$f_{19}(x) = \begin{cases} \dfrac{1}{x-4} & x > 5 \\[0.4em] \ln(-3x+20) & x < 5 \end{cases}$

Mostrar solució

Estudiem cada branca al seu interval:

· Per $x > 5$: $x - 4 > 1 > 0$, ja és $\neq 0$. Tot el tros vàlid: $(5, +\infty)$.

· Per $x < 5$: cal $-3x + 20 > 0 \Rightarrow x < \tfrac{20}{3} \approx 6{,}67$. Com $x < 5 < \tfrac{20}{3}$, tot el tros vàlid: $(-\infty, 5)$.

· A $x = 5$: cap branca el cobreix (les dues són estrictes).

$\operatorname{Dom} f_{19} = \mathbb{R} \setminus \{5\}$.
1t

$f_{20}(x) = \begin{cases} \sqrt{x+1} & x > 0 \\[0.4em] e^{-x} & x < 0 \end{cases}$

Mostrar solució

· Per $x > 0$: $x + 1 > 1 > 0$ — l'arrel sempre definida. Tot el tros vàlid: $(0, +\infty)$.

· Per $x < 0$: l'exponencial $e^{-x}$ està definida sempre. Tot el tros vàlid: $(-\infty, 0)$.

· A $x = 0$: cap branca el cobreix.

$\operatorname{Dom} f_{20} = \mathbb{R} \setminus \{0\}$.
1u

$f_{21}(x) = \begin{cases} \dfrac{x^{2}-1}{x^{2}-4} & x < -1 \\[0.5em] \sqrt{3x+3} & -1 \leq x < 2 \\[0.4em] \ln(3-x) & 2 \leq x \end{cases}$

Mostrar solució

Tres branques:

· Per $x < -1$ (1a branca): cal $x^{2}-4 \neq 0 \Rightarrow x \neq \pm 2$. Dins de $(-\infty, -1)$ això tan sols treu $x = -2$. Vàlid: $(-\infty, -2) \cup (-2, -1)$.

· Per $-1 \leq x < 2$ (2a branca): cal $3x+3 \geq 0 \Rightarrow x \geq -1$. Es compleix per tot l'interval. Vàlid: $[-1, 2)$.

· Per $2 \leq x$ (3a branca): cal $3 - x > 0 \Rightarrow x < 3$. Combinant amb $x \geq 2$: vàlid $[2, 3)$.

Unió: $(-\infty, -2) \cup (-2, -1) \cup [-1, 2) \cup [2, 3) = (-\infty, -2) \cup (-2, 3)$.

$\operatorname{Dom} f_{21} = (-\infty,\,-2) \cup (-2,\,3)$.