[spec] start vector functions
[notes.git] / methods / transformations.md
index 0a24a8182eea52c3d508041760a01c2a61b33976..b04c717762325467a3538cbbab99889c4371ac01 100644 (file)
@@ -1,24 +1,48 @@
-# Transformation
+---
+geometry: a4paper, margin=2cm
+columns: 2
+author: Andrew Lorimer
+header-includes:
+- \usepackage{setspace}
+- \usepackage{fancyhdr}
+- \pagestyle{fancy}
+- \fancyhead[LO,LE]{Year 12 Methods}
+- \fancyhead[CO,CE]{Andrew Lorimer}
+- \usepackage{graphicx}
+- \usepackage{tabularx}
+---
 
-**Order of operations:** DRT - Dilations, Reflections, Translations
+\setstretch{1.6}
+\pagenumbering{gobble}
 
-## $f(x) = x^n$ to $f(x)=a(x-h)^n+K$##
+# Transformations
 
-- $|a|$ is the dilation factor of $|a|$ units parallel to $y$-axis or from $x$-axis
+**Order of operations:** DRT
+
+\begin{center}dilations --- reflections --- translations\end{center}
+
+## Transforming $x^n$ to $a(x-h)^n+K$
+
+- dilation factor of $|a|$ units parallel to $y$-axis or from $x$-axis
 - if $a<0$, graph is reflected over $x$-axis
-- $k$ - translation of $k$ units parallel to $y$-axis or from $x$-axis
-- $h$ - translation of $h$ units parallel to $x$-axis or from $y$-axis
+- translation of $k$ units parallel to $y$-axis or from $x$-axis
+- translation of $h$ units parallel to $x$-axis or from $y$-axis
+- for $(ax)^n$, dilation factor is $1 \over a$ parallel to $x$-axis or from $y$-axis
+- when $0 < |a| < 1$, graph becomes closer to axis
 
-## Translations
+## Transforming $f(x)$ to $y=Af[n(x+c)]+b$#
 
-For $y = f(x)$, these processes are equivalent:
+Applies to exponential, log, trig, $e^x$, polynomials.  
+Functions must be written in form $y=Af[n(x+c)]+b$
 
-- applying the translation $(x, y) \rightarrow (x + h, y + k)$ to the graph of $y = f$(x)$
-- replacing $x$ with $x − h$ and $y$ with $y − k$ to obtain $y − k = f (x − h)$
+- dilation by factor $|A|$ from $x$-axis (if $A<0$, reflection across $y$-axis)
+- dilation by factor $1 \over n$ from $y$-axis (if $n<0$, reflection across $x$-axis)
+- translation of $c$ units from $y$-axis ($x$-shift)
+- translation of $b$ units from $x$-axis ($y$-shift)
 
 ## Dilations
 
-For the graph of $y = f(x)$, there are two pairs of equivalent processes:
+Two pairs of equivalent processes for $y=f(x)$:
 
 1. - Dilating from $x$-axis: $(x, y) \rightarrow (x, by)$
    - Replacing $y$ with $y \over b$ to obtain $y = b f(x)$
@@ -28,52 +52,85 @@ For the graph of $y = f(x)$, there are two pairs of equivalent processes:
 
 For graph of $y={1 \over x}$, horizontal & vertical dilations are equivalent (symmetrical). If $y={a \over x}$, graph is contracted rather than dilated.
 
-## Transformations from $f(x)$ to $y=Af[n(x+c)]+b$#
+## Matrix transformations
+
+Find new point $(x^\prime, y^\prime)$. Substitute these into original equation to find image with original variables $(x, y)$.
 
-Applies to exponential, log, trig, power, polynomial functions.  
-Functions must be written in form $y=Af[n(x+c)] + b$
+## Reflections
 
-$A$ - dilation by factor $A$ from $x$-axis (if $A<0$, reflection across $y$-axis)  
-$n$ - dilation by factor $1 \over n$ from $y$-axis (if $n<0$, reflection across $x$-axis)  
-$c$ - translation from $y$-axis ($x$-shift)  
-$b$ - translation from $x$-axis ($y$-shift)
+- Reflection **in** axis = reflection **over** axis = reflection **across** axis
+- Translations do not change
+
+## Translations
+
+For $y = f(x)$, these processes are equivalent:
+
+- applying the translation $(x, y) \rightarrow (x + h, y + k)$ to the graph of $y = f(x)$
+- replacing $x$ with $x-h$ and $y$ with $y-k$ to obtain $y-k = f(x-h)$
 
 ## Power functions
 
-**Strictly increasing** on an interval where $x_2 > x_1 \implies f(x_2) > f(x_2)$ (including $x=0$)
+**Strictly increasing:**  $f(x_2) > f(x_1)$ where $x_2 > x_1$ (including $x=0$)
+
+### Odd and even functions
+Even when $f(x) = -f(x)$  
+Odd when $-f(x) = f(-x)$
 
-#### $n$ is odd and $n>1$:  
-$f(-x)=-f(x)$
+Function is even if it can be reflected across $y$-axis $\implies f(x)=f(-x)$  
+Function $x^{\pm {p \over q}}$ is odd if $q$ is odd
 
-#### $n$ is even and $n>1$:
-$f(-x)=f(x)$
 
-### Function $f(x)=x^{-1 \over n}$ where $n \in \mathbb{Z}^+$
+\newcolumntype{C}{>{\centering\arraybackslash} m{3cm} }
+\begin{center}
+\begin{tabular}{m{1.2cm}|C|C}
+  & $n$ is even & $n$ is odd \\
+  \hline
+  \parbox[c]{1.2cm}{$x^n,\\ n \in \mathbb{Z}^+$} & {\includegraphics[height=3cm]{graphics/parabola.png}} & {\includegraphics[height=3cm]{graphics/cubic.png}}\\
+  \parbox[c]{1.2cm}{$x^n$,\\ $n \in \mathbb{Z}^-$} & {\includegraphics[height=3cm]{graphics/truncus.png}} & {\includegraphics[height=3cm]{graphics/hyperbola.png}}\\
+  \parbox[c]{1.2cm}{$x^{1 \over n},\\ n \in \mathbb{Z}^+$} & {\includegraphics[height=3cm]{graphics/square-root-graph.png}} & {\includegraphics[height=3cm]{graphics/cube-root-graph.png}}\\
+\end{tabular}
+\end{center}
+
+### $x^{-1 \over n}$ where $n \in \mathbb{Z}^+$
 
 Mostly only on CAS.
 
-We can write $x^{-1 \over n} = {1 \over {x^{1 \over n}}} = {1 \over ^n \sqrt{x}}$n. Domain is:  $\begin{cases} \mathbb{R} \setminus \{0\}\hspace{0.5em} \text{ if }n\text{ is odd} \\ \mathbb{R}^+ \hspace{2.6em}\text{if }n\text{ is even}\end{cases}$
+We can write $x^{-1 \over n} = {1 \over {x^{1 \over n}}} = {1 \over ^n \sqrt{x}}$n.  
+Domain is:  $\begin{cases} \mathbb{R} \setminus \{0\}\hspace{0.5em} \text{ if }n\text{ is odd} \\ \mathbb{R}^+ \hspace{2.6em}\text{if }n\text{ is even}\end{cases}$
 
-**Odd and even functions:**  
-Function is even if it can be reflected across $y$-axis $\implies f(x)=f(-x)$  
-If $n$ is odd, then $f$ is an odd function since $f(-x)=-f(x) \implies f(x)=-f(x)$
+If $n$ is odd, it is an odd function.
+
+\columnbreak
+
+### $x^{p \over q}$ where $p, q \in \mathbb{Z}^+$
+
+$$x^{p \over q} = \sqrt[q]{x^p}$$
+
+- if $p > q$, the shape of $x^p$ is dominant
+- if $p < q$, the shape of $x^{1 \over q}$ is dominant
+- points $(0, 0)$ and $(1, 1)$ will always lie on graph
+- Domain is:  $\begin{cases} \mathbb{R} \hspace{4em}\text{ if }q\text{ is odd} \\ \mathbb{R}^+ \cup \{0\} \hspace{1em}\text{if }q\text{ is even}\end{cases}$
+
+## Piecewise functions
+
+$$\text{e.g.} \quad f(x) = \begin{cases} x^{1 / 3}, \hspace{2em} x \le 0 \\ 2, \hspace{3.4em} 0 < x < 2 \\ x, \hspace{3.4em} x \ge 2 \end{cases}$$
+
+**Open circle:** point included  
+**Closed circle:** point not included
+
+## Operations on functions
+
+For $f \pm g$ and $f \times g$: \quad $\text{dom}^\prime = \operatorname{dom}(f) \cap \operatorname{dom}(g)$
+
+Addition of linear piecewise graphs: add $y$-values at key points
 
-## Combinations of functions (piecewise/hybrid)
+Product functions:
 
-$$\text{e.g.}\quad f(x)=\begin{cases} ^3 \sqrt{x}, \hspace{2em} x \le 0 \\ 2, \hspace{3.4em} 0 < x < 2 \\ x, \hspace{3.4em} x \ge 2 \end{cases}$$
+- product will equal 0 if $f=0$ or $g=0$
+- $f^\prime(x)=0 \veebar g^\prime(x)=0 \not\Rightarrow (f \times g)^\prime(x)=0$
 
-Open circle - point included  
-Closed circle - point not included  
+## Composite functions
 
-### Sum, difference, product of functions
-| | | |
-|---|-----|-----|
-|sum|$f+g$|domain $= \text{dom}(f) \cap \text{dom}(g)$|
-|difference|$f-g$ or $g-f$|domain $=\text{dom}(f) \cap \text{dom}(g)$|
-|product|$f \times g$|domain $=\text{dom}(f) \cap \text{dom}(g)$|
+$(f \circ g)(x)$ is defined iff $\operatorname{ran}(g) \subseteq \operatorname{dom}(f)$
 
-Addition of linear piecewise graphs - add $y$-values at key points
 
-Product functions:  
-- product will equal 0 if one of the functions is equal to 0
-- turning point on one function does not equate to turning point on product
\ No newline at end of file