y=∣x∣y = |x|

絶対値関数 y=∣x∣y = |x| のグラフ

y=∣x∣y = |x| は xx から符号を取り去った大きさで、数直線上での原点からの距離を表します。x≥0x \geq 0 では y=xy = x、x<0x < 0 では y=−xy = -x となり、∣x∣=x2|x| = \sqrt{x^2} と書くこともできます。

定義域と値域

定義域はすべての実数です。距離を表すので値は負にならず、値域は y≥0y \geq 0 です。

  • 定義域はすべての実数
  • 値域は y≥0y \geq 0
  • 最小値は x=0x = 0 での 00
  • 変曲点はなし

対称性

∣−x∣=∣x∣|-x| = |x| より、yy 軸に関して線対称な偶関数です。

グラフの形

グラフは、直線 y=xy = x の x≥0x \geq 0 の部分と、直線 y=−xy = -x の x<0x < 0 の部分をつないだ V 字形です。原点 (0,0)(0, 0) がその頂点にあたります。曲線ではなく 22 本の半直線なので、どこも曲がっておらず、変曲点はありません。

原点のとがった点

導関数は x>0x > 0 で 11、x<0x < 0 で −1-1 です。

xx の範囲yy傾き
x<0x < 0−x-x−1-1
x=0x = 000定まらない
x>0x > 0xx11

原点では左からの傾きが −1-1、右からの傾きが 11 で一致しないため、x=0x = 0 では微分できません。グラフはつながっている(連続である)のに微分できない、という関数の代表例です。放物線 y=x2y = x^2 が原点でなめらかな谷になるのとは対照的に、∣x∣|x| は鋭い角をつくります。

方程式 ∣x∣=a|x| = a の解

aa解の個数解
a>0a > 022 つx=±ax = \pm a
a=0a = 011 つx=0x = 0
a<0a < 0なし解なし

特徴的な点

(±1,1)(\pm 1, 1)、(±2,2)(\pm 2, 2)、(±3,3)(\pm 3, 3) を通ります。傾きの大きさはどこでも 11 で一定なので、原点から遠ざかるにつれて値は一定の割合で増えます。

他の関数との関係

∣x∣=x2|x| = \sqrt{x^2} であり、max⁡(x,−x)\max(x, -x) とも書けます。同じ偶関数でも x2x^2 は原点付近で平らになりますが、∣x∣|x| は一定の傾きで折れ曲がります。平面上の点までの距離 x2+y2\sqrt{x^2 + y^2} は、この関数の 22 次元版といえます。

応用

誤差の大きさを符号なしで測るときに使います。

  • 統計では絶対値の和(L1L^1 ノルム)を最小にする方法が、外れ値に強い当てはめとして知られている
  • 三角不等式 ∣a+b∣≤∣a∣+∣b∣|a + b| \leq |a| + |b| は距離を扱う数学の土台
  • 機械学習の ReLU は max⁡(x,0)=x+∣x∣2\max(x, 0) = \dfrac{x + |x|}{2} と書け、絶対値関数の右半分だけを取り出した形