YZ Destekli Kodlama Notları

Yapay Zekâ için Matematik · Ünite 3

Fonksiyonlar: Doğrusal, Üstel, Logaritmik ve Grafik Yorumlama

10 soruluk deneme testine geç ↓

1. Fonksiyon kavramı

Fonksiyon, bir kümedeki her elemanı başka bir kümenin tek bir elemanına bağlayan kurallı eşlemedir: f: A → B. Girdilerin kümesine tanım kümesi (A), çıktıların seçildiği kümeye değer kümesi (B), fonksiyonun gerçekten ürettiği çıktıların kümesine görüntü kümesi denir. Bir bağıntının fonksiyon olması için tanım kümesindeki her elemanın bir ve yalnız bir çıktısı olmalı.

Örnek: f(x) = 3x − 2 için f(2) = 4, f(0) = −2, f(−1) = −5. Tersten soru: f(x) = 7 ise 3x − 2 = 7 → x = 3.

Üç gösterim: kural, tablo, grafik

x12345
f(x)471013?

Çıktılar her adımda 3 artıyor; sabit fark fonksiyonun doğrusal olduğunu gösterir. Kural «3 ile çarp, bir sabit ekle»: x = 1'de 4 çıktığı için sabit 1 → f(x) = 3x + 1, boşluk f(5) = 16. Tablo belirli girdilerin çıktısını hızla verir; grafik ise fonksiyonun genel davranışını tek bakışta gösterir (nerede eksenleri kestiği, artıp artmadığı).

Birebir ve örten

Bileşke ve ters fonksiyon

Bileşke: bir fonksiyonun çıktısı diğerine girdi olur, (f∘g)(x) = f(g(x)). Önce içteki çalışır. f(x) = 2x + 1, g(x) = x² için (f∘g)(x) = 2x² + 1 ama (g∘f)(x) = (2x + 1)²; (f∘g)(3) = 19. Yani genelde f∘g ≠ g∘f, sıra önemli.

Ters fonksiyon f⁻¹, dönüşümü geri alır: çıktıdan girdiyi bulur. f⁻¹(f(x)) = x. Bulmak için: y = f(x) yaz, x'i yalnız bırak, sonra x ile y'nin yerini değiştir. f(x) = 3x − 6 → x = (y + 6) / 3 → f⁻¹(x) = (x + 6) / 3, f⁻¹(3) = 3. Benzer şekilde f(x) = 2x + 1 için f⁻¹(x) = (x − 1) / 2.

2. Doğrusal fonksiyon, eğim ve orantı

Doğrusal fonksiyon f(x) = ax + b biçimindedir ve grafiği bir doğrudur. Girdi 1 artınca çıktı her zaman aynı miktarda değişir, yani değişim hızı sabittir. İki parametresi var:

SoruÇözüm
(1, 2) ve (3, 8)'den geçen doğrunun eğimi(8 − 2) / (3 − 1) = 6 / 2 = 3
Eğimi 2, (0, 5)'ten geçen doğrub = 5 → f(x) = 2x + 5
Kargo: 30 TL işlem + kg başına 8 TL, 5 kg kaç TL?f(x) = 8x + 30 → f(5) = 70 TL
Sabit maliyet 2000 TL, birim maliyet 15 TL, 300 ürünM(x) = 15x + 2000 → M(300) = 6500 TL

Oran ve orantı

Oran, iki niceliğin bölünmesiyle yapılan karşılaştırmadır; aynı türden iki değer karşılaştırıldığı için çoğu zaman birimsizdir. İki büyüklük arasındaki sabit orana ölçek denir (harita, büyütülen görüntü). Orantı iki oranın eşitliğidir ve içler çarpımı dışlar çarpımına eşittir: a/b = c/d ⇔ a·d = b·c. Örnek: x/15 = 4/5 → 5x = 60 → x = 12.

Doğru orantıTers orantı
DavranışBiri artınca diğeri de artarBiri artınca diğeri azalır
Sabit kalanOran: y / x = kÇarpım: x · y = k
GrafikOrijinden geçen doğru (eğimi k)Eksenlere yaklaşan ama değmeyen eğri
ÖrnekAlınan ürün ↔ ödenen paraİşçi sayısı ↔ iş süresi

Musluk örneği: 6 musluk havuzu 4 saatte dolduruyorsa 8 musluk için 6 · 4 = 8 · t → t = 3 saat (ters orantı). Doğru ve ters orantıyı karıştırmak, kurulumu baştan yanlış yapar.

Bileşik orantı

Bir nicelik aynı anda birkaç niceliğe bağlıysa bileşik orantı kullanılır: doğru orantılı büyüklükler pay kısmına, ters orantılılar paydaya yazılır: y = k · x / z. k bilinen bir durumdan bulunur. Örnek: x = 4, z = 6 iken y = 8 → 8 = k · 4/6 → k = 12; x = 9, z = 4 için y = 12 · 9/4 = 27.

3. Üstel ve logaritmik fonksiyonlar

Gerçek hayatta değişim çoğu zaman sabit değil, mevcut büyüklükle orantılıdır: bakteri kültürü katlanarak çoğalır, radyoaktif madde belli aralıklarla yarıya iner. Tabanı sabit, üssü değişken olan fonksiyona üstel fonksiyon denir: f(x) = aˣ (a > 0, a ≠ 1). a > 1 ise üstel büyüme, 0 < a < 1 ise üstel azalma.

Logaritmik fonksiyon üstel fonksiyonun tersidir: f(x) = logₐ x. Üstel fonksiyon üssü verince sonucu üretir, logaritma sonucu verince üssü bulur: a^(logₐ x) = x ve logₐ(aˣ) = x. 2ˣ = 16 denklemini çözmek «2'nin hangi kuvveti 16?» diye sormaktır: x = log₂ 16 = 4. Logaritma yalnızca pozitif sayılarda tanımlıdır.

KuralÖrnek
Çarpım: log(a·b) = log a + log blog₂ 48 + log₂ (1/3) − log₂ 2 = log₂ (48 · 1/3 / 2) = log₂ 8 = 3
Bölüm: log(a/b) = log a − log blog₃ 27 + log₃ 81 − log₃ 9 = 3 + 4 − 2 = 5
Kuvvet: log(aⁿ) = n · log aÜslü denklemde üs öne gelir, bilinmeyen bölmeyle bulunur
Kesirli üs27^(2/3) = 9, 4^(−1/2) = 1/2, 9^(1/2) = 3
2ˣ ile log₂ x birbirinin tersi; grafikleri kesikli y = x doğrusuna göre simetrik.

Denklem çözme

Logaritma veri biliminde

Veri çok geniş bir aralığa yayılınca (bazı değerler minik, bazıları dev) model zorlanır. Logaritmik ölçekleme büyük değerleri sıkıştırır, küçükleri korur ve sağa çarpık dağılımı dengeler; bu yüzden yaygın bir ön işleme adımıdır.

Sayfa görüntülenme101001.00010.000100.000
log₁₀12345

Açıklık 100.000 − 10 = 99.990'dan 5 − 1 = 4'e iner ve değerler eşit aralıklı olur. Logaritma ayrıca çarpımı toplama çevirir: çok sayıda küçük olasılık çarpılınca sonuç bilgisayarın tutamayacağı kadar küçülür, logaritmaları toplanınca sayılar yönetilebilir kalır (sayısal kararlılık). Deprem şiddeti, ses düzeyi (desibel: 10 · log(I/I₀); oran 100 ise 20 dB) ve pH da logaritmik ölçeklerdir.

4. Fonksiyon grafiklerini yorumlama

FonksiyonKöklerUç noktaDavranış
x² − 2x − 3−1 ve 3Minimum (1, −4); tepe x = −b / 2a = 1x < 1 azalan, x > 1 artan
−x² + 4x0 ve 4Maksimum (2, 4)x < 2 artan, x > 2 azalan
x³ − 6x² + 9x0 ve 3 (3 katlı kök)Yerel maks (1, 4), yerel min (3, 0)Artan, 1–3 arası azalan, sonra artan

Simetri: çift ve tek fonksiyon

TürCebirsel koşulGrafikÖrnek
Çift fonksiyonf(−x) = f(x)y eksenine göre simetrik (ayna)x⁴ − 3x²
Tek fonksiyonf(−x) = −f(x)Orijine göre simetrik (180° döndürünce çakışır)x³ − x
Ne çift ne tekİkisi de sağlanmazSimetri yokx² + x (tepesi (−0,5; −0,25), y ekseninde değil)

Çift kuvvetler işaret değişiminden etkilenmez, tek kuvvetler işaret değiştirir; f(−x)'i hesaplayıp karşılaştırmak yeter. Simetri bilinirse grafiğin yarısını çizmek yeterli olur.

Yapay zekânın fonksiyonları

Yalnızca doğrusal işlemlerden oluşan bir ağ karmaşık ilişkileri öğrenemez. Bu yüzden her katmandan sonra doğrusal olmayan bir aktivasyon fonksiyonu uygulanır.

Sigmoid 0–1 arasına, tanh −1–1 arasına sıkıştırır; ReLU negatifleri sıfırlar.
FonksiyonÇıktı aralığıArtısıZayıf yanı
Sigmoid: 1 / (1 + e⁻ˣ)0 … 1Olasılık gibi okunur, sınıflandırmada kullanılırDoygunluk
tanh: (eˣ − e⁻ˣ) / (eˣ + e⁻ˣ)−1 … 1Çıktı ortalaması sıfıra yakın, öğrenmeyi kolaylaştırırYine doygunluk
ReLU: max(0, x)0 … ∞Çok basit ve hızlı, doygunluğu büyük ölçüde azaltır; derin ağlarda çok tercih edilirÖlü nöron

Kendini test et!

Cevabı görmek için soruya dokun.

  1. 1.f(x) = 3x ve g(x) = x − 2 ise (f∘g)(5) kaçtır?

    ✓ g(5) = 3, f(3) = 9.

  2. 2.Bir fonksiyonun tersinin tanımlı olması için ne gerekir?

    ✓ Birebir ve örten olması.

  3. 3.(2, 1) ve (5, 13) noktalarından geçen doğrunun eğimi kaçtır?

    ✓ (13 − 1) / (5 − 2) = 4.

  4. 4.x/6 = 10/15 orantısında x kaçtır?

    ✓ 15x = 60 → x = 4.

  5. 5.log₃ 81 kaçtır?

    ✓ 3⁴ = 81 olduğu için 4.

  6. 6.f(x) = x³ + 2x çift mi, tek mi?

    ✓ f(−x) = −x³ − 2x = −f(x) → tek; grafiği orijine göre simetrik.

Deneme testi

Sınavda çıkabilecek türden 10 soru. Bir şık seç; doğru cevap ve açıklaması hemen çıkar.

  1. 1.f(x) = 4x − 7 fonksiyonu için f(3) değeri kaçtır?

  2. 2.f(x) = 4x + 8 fonksiyonunun tersi aşağıdakilerden hangisidir?

  3. 3.f(x) = 5 / (x + 3) fonksiyonunun tanım kümesi hangisidir?

  4. 4.f(x) = −3x + 4 doğrusal fonksiyonu için hangisi doğrudur?

  5. 5.5 özdeş makine bir siparişi 12 saatte bitiriyor. Aynı siparişi 6 makine kaç saatte bitirir?

  6. 6.Başlangıçta 50 birim olan bir kültür her saat ikiye katlanıyor. 4 saat sonra kaç birim olur?

  7. 7.log₂ x + log₂ (x − 2) = 3 denkleminin çözüm kümesi hangisidir?

  8. 8.Değerleri 10 ile 1.000.000 arasında değişen sağa çarpık bir değişkene onlu logaritma uygulamanın temel amacı nedir?

  9. 9.Bir modelin eğitimde hata grafiği önce hızla azalıp sonra yataylaşıyor, bir noktadan sonra yeniden yükseliyor. Yeniden yükselme neye işaret edebilir?

  10. 10.Sigmoid fonksiyonu için σ(0) değeri kaçtır?

Sınıf grubuna gönder:WhatsApp'ta paylaş

Bu not ders kitabının yerine geçmez; konu kendi cümlelerimizle, yapay zekâ desteğiyle özetlendi.