Funzioni reciprocamente inverse. Funzione inversa L'inverso di una funzione è una funzione

Funzioni reciprocamente inverse.  Funzione inversa L'inverso di una funzione è una funzione

Trascrizione

1 Funzioni reciprocamente inverse Due funzioni f e g si dicono reciprocamente inverse se le formule y=f(x) e x=g(y) esprimono la stessa relazione tra le variabili x e y, cioè se l'uguaglianza y=f(x) è vera se e solo se l'uguaglianza x=g(y) è vera: y=f(x) x=g(y) Se due funzioni f e g sono mutuamente inverse, allora g è detta funzione inversa di f e, viceversa, f è la funzione inversa di g. Ad esempio, y=10 x e x=lgy sono funzioni reciprocamente inverse. Condizione per l'esistenza di una funzione mutuamente inversa Una funzione f è inversa se, dalla relazione y=f(x), la variabile x può essere espressa univocamente tramite y. Ci sono funzioni per le quali è impossibile esprimere in modo inequivocabile l'argomento attraverso il valore dato della funzione. Ad esempio: 1. y= x. Per un dato numero positivo y, ci sono due valori dell'argomento x tali che x = y. Ad esempio, se y=2, allora x=2 oppure x= - 2. Ciò significa che è impossibile esprimere x in modo inequivocabile tramite y. Pertanto, questa funzione non ha reciproco. 2. y=x 2. x=, x= - 3. y=sinx. Per un dato valore di y (y 1), ci sono infiniti valori di x tali che y=sinx. La funzione y=f(x) ha inversa se ogni retta y=y 0 interseca il grafico della funzione y=f(x) in non più di un punto (potrebbe non intersecare affatto il grafico se y 0 lo fa non appartengono all'intervallo di valori della funzione f). Questa condizione può essere formulata diversamente: l'equazione f(x)=y 0 per ogni y 0 ha al più una soluzione. La condizione che una funzione abbia un inverso è certamente soddisfatta se la funzione è strettamente crescente o strettamente decrescente. Se f è strettamente crescente, allora per due diversi valori dell'argomento assume valori diversi, poiché a un valore maggiore dell'argomento corrisponde un valore maggiore della funzione. Di conseguenza, l'equazione f(x)=y per una funzione strettamente monotona ha al più una soluzione. La funzione esponenziale y=a x è strettamente monotona, quindi ha una funzione logaritmica inversa. Molte funzioni non hanno inverse. Se per qualche b l'equazione f(x)=b ha più di una soluzione, allora la funzione y=f(x) non ha inversa. Su un grafico, ciò significa che la linea y=b interseca il grafico della funzione in più di un punto. Ad esempio, y=x 2 ; y=sinx; y=tgx.

2 L'ambiguità della soluzione dell'equazione f(x) = b può essere risolta riducendo il dominio di definizione della funzione f in modo che il suo intervallo di valori non cambi, ma in modo che assuma ciascun valore una volta. Ad esempio, y=x 2, x 0; y=sinx, ; y=tgx,. La regola generale per trovare la funzione inversa di una funzione: 1. risolvendo l'equazione per x, troviamo; 2. Cambiando le designazioni della variabile x in y e y in x, otteniamo la funzione inversa di quella data. Proprietà delle funzioni mutuamente inverse Identità Siano feg funzioni mutuamente inverse. Ciò significa che le uguaglianze y=f(x) e x=g(y) sono equivalenti: f(g(y))=y e g(f(x))=x. Ad esempio, 1. Sia f una funzione esponenziale e g una funzione logaritmica. Otteniamo: i. 2. Le funzioni y=x2, x0 e y= sono reciprocamente inverse. Abbiamo due identità: e per x 0. Dominio di definizione Siano feg funzioni reciprocamente inverse. Il dominio della funzione f coincide con il dominio della funzione g, e, viceversa, il dominio della funzione f coincide con il dominio della funzione g. Esempio. Il dominio di definizione della funzione esponenziale è l'intero asse numerico R, e il suo intervallo di valori è l'insieme di tutti i numeri positivi. Per una funzione logaritmica è il contrario: il dominio di definizione è l'insieme di tutti i numeri positivi e l'intervallo di valori è l'intero insieme di R. Monotonia Se una delle funzioni mutuamente inverse è strettamente crescente, allora l'altra è strettamente crescente. Prova. Siano x 1 e x 2 due numeri che giacciono nel dominio di definizione della funzione g, e x 1

3 Grafici di funzioni mutuamente inverse Teorema. Siano f e g funzioni reciprocamente inverse. I grafici delle funzioni y=f(x) e x=g(y) sono tra loro simmetrici rispetto alla bisettrice dell'angolo how. Prova. Per la definizione di funzioni mutuamente inverse, le formule y=f(x) e x=g(y) esprimono la stessa dipendenza tra le variabili x e y, il che significa che questa dipendenza è rappresentata dallo stesso grafico di una curva C. La curva C è un grafico di funzioni y=f(x). Prendiamo un punto arbitrario P(a; b) C. Ciò significa che b=f(a) e allo stesso tempo a=g(b). Costruiamo un punto Q simmetrico al punto P rispetto alla bisettrice dell'angolo xy. Il punto Q avrà coordinate (b; a). Poiché a=g(b), allora il punto Q appartiene al grafico della funzione y=g(x): infatti, per x=b, il valore di y=a è uguale a g(x). Tutti i punti simmetrici ai punti della curva C rispetto alla retta indicata giacciono quindi sul grafico della funzione y=g(x). Esempi di funzioni i cui grafici sono reciprocamente inversi: y=e x e y=lnx; y=x 2 (x 0) e y= ; y=2x4 e y= +2.

4 Derivata di una funzione inversa Siano feg funzioni reciprocamente inverse. I grafici delle funzioni y=f(x) e x=g(y) sono tra loro simmetrici rispetto alla bisettrice dell'angolo how. Prendiamo il punto x=a e calcoliamo il valore di una delle funzioni in questo punto: f(a)=b. Quindi, per definizione della funzione inversa, g(b)=a. I punti (a; f(a))=(a; b) e (b; g(b))=(b; a) sono simmetrici rispetto alla retta l. Poiché le curve sono simmetriche, le tangenti ad esse sono simmetriche rispetto alla retta l. Dalla simmetria, l'angolo di una delle linee con l'asse x è uguale all'angolo dell'altra linea con l'asse y. Se una retta forma un angolo α con l'asse x, allora il suo coefficiente angolare è pari a k ​​1 =tgα; allora la seconda retta ha coefficiente angolare k 2 =tg(α)=ctgα=. Pertanto, i coefficienti angolari delle linee simmetriche rispetto alla retta l sono reciprocamente inversi, cioè k 2 =, oppure k 1 k 2 = 1. Passando alle derivate e tenendo conto che la pendenza della tangente è il valore della derivata nel punto di contatto, concludiamo: I valori delle derivate di funzioni mutuamente inverse nei punti corrispondenti sono mutuamente inversi, cioè Esempio 1. Dimostrare che la funzione f(x) = x 3, reversibile. Soluzione. y=f(x)=x 3. La funzione inversa sarà la funzione y=g(x)=. Troviamo la derivata della funzione g:. Quelli. =. Compito 1. Dimostrare che la funzione data dalla formula è invertibile 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10)

5 Esempio 2. Trova la funzione inversa della funzione y=2x+1. Soluzione. La funzione y=2x+1 è crescente, quindi ha un inverso. Esprimiamo x tramite y: otteniamo... Passando alle notazioni generalmente accettate, Risposta: Attività 2. Trova funzioni inverse per queste funzioni 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10)


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Dopo tutte le trasformazioni otteniamo: x = arccos(y).

Cioè, per trovare una funzione inversa a una data, è sufficiente esprimere semplicemente un argomento da essa. Ma questo funziona solo se il risultato risultante ha un unico significato (ne parleremo più avanti).

In termini generali, questo fatto può essere scritto come segue: f(x) = y, g(y) = x.

Definizione

Sia f una funzione il cui dominio è l'insieme X e il cui dominio è l'insieme Y. Allora, se esiste una g i cui domini svolgono compiti opposti, allora f è invertibile.

Inoltre, in questo caso g è unico, il che significa che esiste esattamente una funzione che soddisfa questa proprietà (né più né meno). Allora si chiama funzione inversa, e per iscritto si denota come segue: g(x) = f -1 (x).

In altre parole, possono essere pensati come una relazione binaria. La reversibilità si verifica solo quando un elemento dell'insieme corrisponde a un valore di un altro.

La funzione inversa non esiste sempre. Per fare ciò, ogni elemento y є Y deve corrispondere al più a un x є X. Allora f è detta biunivoca o iniezione. Se f -1 appartiene a Y, allora ogni elemento di questo insieme deve corrispondere a qualche x ∈ X. Le funzioni con questa proprietà sono chiamate suriezioni. Vale per definizione se Y è un'immagine di f, ma non è sempre così. Per essere inversa, una funzione deve essere sia un'iniezione che una suriezione. Tali espressioni sono chiamate biiezioni.

Esempio: funzioni quadrata e radice

La funzione è definita su )



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