Der Graph einer Funktion
mit
ist eine Teilmenge von
und kann somit als Punktmenge bzw. geometrische Figur in der Ebene aufgefasst werden. Beispiele sind:
- Der Graph einer linearen Funktion
ist eine Gerade.
- Der Graph einer quadratischen Funktion
mit
ist eine Parabel.
- Der Graph der Kehrwertfunktion
ist eine Hyperbel.
Die Graphen von Funktionen
oder
sind Teilmengen von
und können als räumliche Figuren ebenfalls noch bildlich dargestellt werden. Beispiele sind:
- Der Graph einer stetigen Funktion
ist eine Fläche im dreidimensionalen Raum. Zum Beispiel ist der Graph der Funktion
ein elliptisches Paraboloid.
- Der Graph einer stetigen Funktion
ist eine Kurve im dreidimensionalen Raum. Zum Beispiel ist der Graph der Funktion
eine Schraubenlinie.
In mengentheoretischen Definitionen von Funktionen werden diese oftmals gerade als Menge der Stelle-Wert-Paare definiert, das heißt, der Graph wäre nichts anderes als die Funktion selbst, also
. Auf diese Kuriosität wies bereits 1960 Jean Dieudonné hin:[2]
- It is customary, in the language, to talk of a mapping and a functional graph as if they were two kinds of objects in one-to-one correspondence, and to speak therefore of “the graph of a mapping”, but this is a mere psychological distinction (corresponding to whether one looks on F either “geometrically” or “analytically”).
Bei mathematischen Betrachtungen, die nicht direkt im Kontext der mengentheoretischen Fundierung der mathematischen Begriffe stehen, setzt man jedoch in der Regel keine Mengenstruktur einer Funktion voraus, sondern fordert lediglich die Definiertheit des Bildes zu einer gegebenen Stelle. Mengenoperationen werden dann nicht auf Funktionen ausgeführt (etwa würde
dann meist nicht als sinnvoller Ausdruck angesehen), in einigen Fällen ist es jedoch gerade praktisch eine Funktion als Menge zu betrachten mit den auf Mengen definierten Operationen und Eigenschaften; diese Betrachtung geschieht über den Graphen der Funktion. Neben der Möglichkeit, eine Funktion dadurch als geometrische Figur zu betrachten, seien hier als weitere Beispiele genannt:
Graphen im Sinne der graphischen Darstellung
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Die graphische Darstellung ist kein mathematisches Objekt. Sie dient im Rahmen der Mathematik der Veranschauung und lässt Mutmaßungen über die Eigenschaften einer Funktion zu.
Graphen unstetiger Funktionen, Definitionslücken
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In der Darstellung der Graphen von unstetigen Funktionen oder von Funktionen mit Definitionslücken wird häufig durch
angedeutet, dass ein Punkt zum Graphen gehört, und durch
, dass ein Punkt nicht Teil des Graphen ist. Ein Beispiel ist die Illustration der Vorzeichenfunktion (auch „Signumfunktion“).
Drei Beispiele für Funktionsgraphen:
Funktion
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Graph
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Anmerkung
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Der Funktionswert der Vorzeichenfunktion an der Stelle 0 ist 0.
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Da der Definitionsbereich die Menge ist, besteht der Graph nur aus den drei Punkten , und .
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Für ist die Kehrwertfunktion nicht definiert. Deshalb gibt es auch keinen Punkt des Funktionsgraphen mit der -Koordinate 0.
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- Dieudonné, Jean Alexandre: Foundations of Modern Mathematics. New York/London: Academic Press 1960.
- Hischer, Horst: Mathematik – Medien – Bildung. Wiesbaden: Springer Spektrum 2016, ISBN 978-3-658-14166-0.
- Hermann Schichl, Roland Steinbauer: Einführung in das mathematische Arbeiten. Berlin/Heidelberg: Springer 2012, 2. Auflage, ISBN 978-3-642-28645-2.