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反函数

时间:2021-06-24 22:49:04      阅读:292      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

一. 反函数的定义

技术分享图片 为数集,技术分享图片 为双射,则对每个 技术分享图片 都有唯一确定的 技术分享图片 满足 技术分享图片 (即这样与之对应)。按照映射的定义,这就定义了一个映射(记为) 技术分享图片 ,称为是 技术分享图片 的反函数,其表达形式为 技术分享图片

注1:定义反函数的前提是,原函数是双射(一对一)。同济版高数中,反函数的定义是“设 技术分享图片 为单射,......”因为是到 技术分享图片 那肯定是满射,所以也等同于要求是双射。

另外,关于反函数的双射要求

定义中要求的双射,就是一对一,左边右边都没有多余的没用上的点。

因为这样的定义,最简洁,也足够应付各种反函数的应用场景。

其实,扩展到一对一,左边或右边有多余的没用上的点,虽然也没有矛盾之处,但既然它们是多余的没有用上的,从数学追求简洁的角度,干脆不带着它们就好了。

这在函数定义时,也是一样的道理。对每一个x属于D,就是把D中元都用上,不用的多余的点也没有必要带着它们。

注2:定义域和值域发生互换:原函数的值域是反函数的定义域,原函数的定义域是反函数的值域。

注3:从几何图形来看,原函数与反函数的曲线关于直线 技术分享图片 是对称的。

注4:关系式 技术分享图片 成立,即二者的复合是恒等映射: 技术分享图片 。应用(一种常用变形): 技术分享图片 .

二. 反函数存在性的判别

函数(映射)允许“多对一”,如 技术分享图片 ,但不允许“一对多”。这实际上可以用

竖直线检验:任何一条竖直直线与函数曲线至多有一个交点。

例如, 技术分享图片 ,移动竖直直线都只有一个交点:

技术分享图片

对于一个函数,再考虑其是否有反函数,只需要再保证”不能多对一“即可。这可以用:

水平线检验:任何一条水平直线与函数曲线至多有一个交点。

注意,函数是否存在反函数与所考察的区间是有关系的,例如, 技术分享图片 在整个 技术分享图片 上来看,是不满足水平线检验的:

技术分享图片

但是,如果只考虑 技术分享图片 或者 技术分享图片 ,就满足水平线检验,就存在反函数了。

类似的,还有三角函数,比如 技术分享图片 ,在多个周期内,显然是不满足水平线检验的,但在一个单调周期内,如 技术分享图片 是满足水平线检验的,因此 技术分享图片技术分享图片 上有反函数, 技术分享图片

那么,在 技术分享图片 也是有反函数的,这么多单调周期都可以选择,但当然是选更简单的包含原点周期更好。

技术分享图片sin(x)选择的是[-π/2, π/2]单调周期

技术分享图片cos(x)选择的是[0, π]单调周期

技术分享图片tan(x)选择的是[-π/2, π/2]单调周期

可见,三角函数的反函数一般是选择包含原点或从原点开始的单调周期。

三. 求反函数的一般步骤

(1) 检验函数是否为双射,或者做水平线检验,确定反函数存在性;表示原函数的定义域,注意,可能需要限制在部分单调区间。

(2) 根据 技术分享图片 反解出 技术分享图片 , 注意从求解过程的一些限制(如分母不为 技术分享图片 , 根号下大于等于 技术分享图片 等)得到反函数的定义域。

(3) 换表示,即交换 技术分享图片技术分享图片 ,得到最终的反函数。

:反函数一般是在原函数的单调区间才存在的,也可以借助函数图形、函数单调性、定义域与值域是互换关系,来得到反函数的定义域加以验证。

例1技术分享图片 , 求反函数 技术分享图片 .

:(1) 画出函数图形,做水平线检验:

技术分享图片

至多有一个交点,故存在反函数。

(2) 原函数是 技术分享图片

注意开根号是 技术分享图片 ,故有 技术分享图片

解出 技术分享图片 :

技术分享图片

技术分享图片

(3) 换表示,得到反函数为:

技术分享图片

最后再绘制原函数与反函数的图像看看,

技术分享图片

:绘制原函数与反函数图形时有一个技巧,比如上例,通过绘制两个参数方程函数来实现:

技术分享图片技术分享图片技术分享图片

Geogebra绘图命令:

曲线((t, sqrt(t + 3)), t, -3, 10)
曲线((sqrt(t + 3), t), t, -3, 10)
x

例2技术分享图片 , 求反函数 技术分享图片 .

:(1) 画出函数图形,满足水平线检验:

技术分享图片

故存在反函数。

(2) 原函数是 技术分享图片

解出 技术分享图片 :

技术分享图片

技术分享图片

注意,作为根号部分,应有 技术分享图片 ,可推得 技术分享图片

又分母不能为 技术分享图片 ,故 技术分享图片 , 从而 技术分享图片

继续求解 技术分享图片 :

技术分享图片

(3) 换表示,得到反函数:

技术分享图片

最后再绘制原函数与反函数的图像看看,

技术分享图片

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补充:关于反函数,有同学还是没绕明白

其实真正理解了,就不会绕了。

函数的三要素有:定义域,对应法则,值域。前两个是根本,他俩决定了值域。

函数本质上是,数集与数集的(非一对多的)对应关系,其表达式用哪个符号表示并不重要,重要的定义域和对应法则所决定的这种对应关系。

为了简单,把反函数定义限制为首先得是双射(一对一的)。

原函数 技术分享图片 ,反函数就是 技术分享图片 ,且保持对应关系不变。

举个例子, 技术分享图片

原函数 技术分享图片 ,对应法则表达形式为

技术分享图片

按标准步骤求,或者直接取反对应关系(因为简单能直接看出来),

反函数 技术分享图片 ,对应法则表达形式为

技术分享图片

以上是正确解答。

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有个同学说了,上面原函数 技术分享图片 的反函数,不能交换一下是 技术分享图片 吗?(正着 技术分享图片技术分享图片技术分享图片 倍,反过来 技术分享图片技术分享图片技术分享图片 倍)

咱们来看看,为什么不对。

首先只说表达式,不说定义域,这不完整(他的困扰和没绕明白,恰恰就是不说定义域造成的)。

(1) 假如说,你这个反函数是

技术分享图片

显然不对,因为这个函数把, 技术分享图片 对应到 技术分享图片技术分享图片 对应到 技术分享图片技术分享图片 对应到 技术分享图片 ,根本就回不去 技术分享图片 了。

(2) 假如说,你这个反函数是

技术分享图片

你这不就是原来的原函数,换了个名字吗?(定义域相同,对应法则相同)它还是原函数。

反函数

原文:https://www.cnblogs.com/lucas-liang/p/14927281.html

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