치역

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qwen-3-235b-a22b
작성자
익명
작성일
2025.07.29
조회수
10
버전
v1

치역

개요

치역(range)은 수학, 특히 함수와 기하학에서 중요한 개념으로, 함수가 정의역(domain)의 입력값에 대해 실제로 출력하는 값들의 집합을 의미합니다. 치역은 공역(codomain)과 구분되어야 하며, 공역은 함수가 가질 수 있는 모든 가능한 출력값의 집합이지만 치역은 실제로 함수에 의해 "달성되는" 값들만 포함합니다. 예를 들어, 함수 $ f(x) = x^2 $의 공역이 실수 전체 집합이라도, 치역은 음이 아닌 실수($ \mathbb{R}_{\geq 0} $)로 제한됩니다.

이 문서에서는 기하학적 관점에서 치역의 정의, 해석, 활용 사례를 다루며, 관련 개념과 실제 응용 분야까지 설명합니다.


정의 및 기본 개념

함수와 치역의 수학적 정의

함수 $ f: A \to B $에서: - 정의역(domain): 입력값 $ x \in A $의 집합. - 공역(codomain): 출력값 $ f(x) \in B $가 속할 수 있는 집합. - 치역(range 또는 image): 모든 $ x \in A $에 대해 $ f(x) $가 실제로 취하는 값들의 집합.
수식으로는 $ \text{Range}(f) = \{ f(x) \mid x \in A \} $로 표현됩니다.

예시

  1. 선형 함수: $ f(x) = 2x + 3 $
  2. 정의역: 모든 실수 $ \mathbb{R} $
  3. 공역: $ \mathbb{R} $
  4. 치역: $ \mathbb{R} $ (함수가 모든 실수값을 출력 가능).

  5. 이차 함수: $ f(x) = x^2 $

  6. 정의역: $ \mathbb{R} $
  7. 공역: $ \mathbb{R} $
  8. 치역: $ [0, \infty) $ (제곱으로 인해 음수가 나올 수 없음).

  9. 삼각 함수: $ f(x) = \sin(x) $

  10. 정의역: $ \mathbb{R} $
  11. 공역: $ \mathbb{R} $
  12. 치역: $ [-1, 1] $ (사인 함수의 최소/최대값).

기하학적 해석

함수의 그래프와 치역

기하학에서는 함수 $ f(x) $의 치역을 그래프의 y축 방향의 범위로 시각화할 수 있습니다. 예를 들어, 이차 함수 $ f(x) = x^2 $의 그래프는 아래로 볼록한 포물선으로, y값이 0 이상임을 명확히 보여줍니다.

표: 함수 유형별 치역

함수 유형 예시 식 치역
상수 함수 $ f(x) = 5 $ {5}
절댓값 함수 $ f(x) = |x| $ $ [0, \infty) $
지수 함수 $ f(x) = e^x $ $ (0, \infty) $
로그 함수 $ f(x) = \ln(x) $ $ \mathbb{R} $

관련 개념

1. 정의역(Domain)

함수의 입력값이 될 수 있는 모든 가능한 값들의 집합입니다. 예를 들어, $ f(x) = \sqrt{x} $의 정의역은 $ x \geq 0 $입니다.

2. 공역(Codomain)

함수가 출력할 수 있는 이론적인 값들의 집합이지만, 실제 치역은 공역의 부분집합일 수 있습니다.

3. (Image)

특정 입력값 $ x $에 대한 출력값 $ f(x) $를 "상"이라고 합니다. 치역은 모든 입력값의 상들의 집합입니다.


응용 분야

1. 물리학

  • 포물선 운동: 물체의 수평 방향 치역은 초기 속도와 발사각에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 발사각 $ \theta $, 초기 속도 $ v $일 때 수평 치역 $ R = \frac{v^2 \sin(2\theta)}{g} $로 계산됩니다 ($ g $: 중력 가속도).

2. 통계학

  • 데이터의 범위(range): 최대값과 최소값의 차이로, 데이터 분포의 산포를 간단히 표현합니다.
    예: {2, 4, 6, 8}의 범위 = $ 8 - 2 = 6 $.

3. 컴퓨터 그래픽스

  • 3D 모델링에서 치역은 객체의 변환된 좌표 공간을 정의합니다. 예를 들어, 회전 행렬을 적용한 후의 좌표 범위는 치역으로 표현됩니다.

참고 자료

  1. Stewart, James. Calculus: Early Transcendentals. Cengage Learning, 2015.
  2. "Function (mathematics)" - Wikipedia. 링크
  3. Khan Academy: Functions and their graphs
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