Автор статьи

Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.

Взаимно обратные функции, основные определения, свойства, графики

Содержание:

Понятие обратной функции и ее определение в алгебре

Допустим, что у нас есть некая функция y=f(x), которая является строго монотонной (убывающей или возрастающей) и непрерывной на области определения xa; b; область ее значений yc; d, а на интервале c; d при этом у нас будет определена функция x=g(y) с областью значений a; b. Вторая функция также будет называться непрерывной и строго монотонной. По отношению к y=f(x) она будет обратной функцией. То есть мы можем говорить об обратной функции x=g(y) тогда, когда y=f(x) на заданном интервале будет либо убывать, либо возрастать.

Две этих функции, f и g, будут взаимно обратными.

Обратная функция – это что такое? Дадим определение взаимно обратимой функции (что такое обратимая функция - определение). 

Для чего вообще нам нужно понятие обратных функций?

Это нужно нам для решения уравнений y=f(x), которые записываются как раз с помощью этих выражений. Также понятие особенностей обратных функций помогают в решении операций по извлечению n-ой степени (она обратна возведению в степень).

На самом деле это не является чем-то сложным. Онлайн, как и в нашем материале, вы можете найти много примеров обратной функции, которые помогут в этом убедиться. 

Важно знать, что любая функция y = y (x) – это определенное правило, которое определяет соответствие между двумя значениями: x и y. К примеру, функция y = x² ставит соответственно каждому действительному числу его в квадрат. Можно сделать определенную таблицу, в которой будут располагаться значения этой функции для целых аргументов.

x -2 -1 0 1 2
y = x² 4 1 0 1 4

Как найти функцию обратную данной

Как найти обратную функцию?

Допустим, нам нужно найти решение уравнения cos(x)=13. Его решениями будут все точки: x=±acos13+2π·k, kZ 

Обратными по отношению друг к другу будут, например, функции арккосинуса и косинуса.

Разберем несколько задач на нахождение функций, обратных заданным. Вот несколько примеров обратной функции. 

Пример 1

Условие: какая функция будет обратной для y=3x+2?

Решение

Область определений и область значений линейной функции, данной в условии, – это множество всех действительных чисел. Попробуем решить данное уравнение через x, то есть выразив  x через y.

Мы получим x=13y-23. Это и есть нужная нам обратная функция, но y здесь будет аргументом, а x - функцией. Переставим их, чтобы получить более привычную форму записи:

y=13x-23 

Ответ: функция y=13x-23 будет обратной для y=3x+2.

Обе взаимообратные функции можно отобразить на графике следующим образом:

Как найти функцию обратную данной

На графике мы находим симметричность обоих графиков относительно y=x (они отображаются симметрично). Эта прямая является биссектрисой первого и третьего квадрантов. Что это позволило нам доказать? Получилось доказательство одного из свойств взаимно обратных функций, о котором мы поговорим далее.

Возьмем онлайн-пример, в котором нужно найти логарифмическую функцию, обратную заданной показательной.

Пример 2

Условие: определите, какая функция будет обратной для y=2x.

Решение

Для заданной функции областью определения являются все действительные числа. Область значений лежит в интервале 0; +. Теперь нам нужно выразить x через y, то есть решить указанное уравнение через x. Мы получаем x=log2y. Переставим переменные и получим y=log2x.

В итоге этого примера у нас вышли показательная и логарифмическая функции, которые будут взаимно обратными друг другу на всей области определения.

Ответ: y=log2x.

Графически обе функции будут выглядеть или иметь следующее отображение:

Как найти функцию обратную данной

Также взаимно обратные функции можно рассматривать на примере теорем.

Предположим, мы имеем определенную, с возрастающей или убывающей монотонностью, а также непрерывную в определенном промежутке x функцию y = f(x). Значит, в промежутке значений y этой функции существует и обратная функция. Она также монотонно убывает или возрастает. Также ее можно определить как непрерывную (в промежутке y).

Основные свойства взаимно обратных функций

В этом пункте мы перечислим основные свойства обратимых функций y=f(x) и x=g(y). Какими же свойствами обладают взаимообратные функции?

Определение 1
  1. Первое (исходное) свойство мы уже вывели ранее: y=f(g(y)) и x=g(f(x)).
  2. Второе свойство вытекает из первоначального (первого) и означает, что область определения y=f(x) будет совпадать с областью значений обратной функции x=g(y), и наоборот.
  3. Графики обратных функций будут симметричными (находиться в симметрии) относительно y=x.
  4. Если y=f(x) является возрастающей, то и x=g(y) будет возрастать, а если y=f(x) убывает, то убывает и x=g(y).

Советуем внимательно отнестись к понятиям области определения и области значения функций и никогда их не путать, так как это не одно и тоже даже исходя из названий. Допустим, что у нас есть две взаимно обратные функции y=f(x)=ax и x=g(y)=logay. Согласно первому свойству, y=f(g(y))=alogay. Данное равенство будет верным только в случае положительных значений y, а для отрицательных логарифмов не определен, поэтому не спешите записывать, что alogay=y. Обязательно проверьте и добавьте характеристику, что это верно только при положительном y.

А вот равенство x=f(g(x))=logaax=x будет верным при любых действительных значениях x.

Не забывайте про этот момент, особенно если приходится работать с  тригонометрическими и обратными тригонометрическими функциями.  Так, arcsinsin7π37π3, потому что область значений арксинуса -π2; π2 и 7π3 в нее не входит. Верной будет запись

arcsinsin7π3=arcsinsin2π+π3==по формуле привидения=arcsinsinπ3=π3

А вот sinarcsin13=13 – верное равенство, т.е. sin(arcsin x)=x при x-1; 1 и arcsin(sin x)=x при x-π2; π2. Всегда будьте внимательны с областью значений и областью определений обратных функций!

Графики взаимно обратных функций

  • Основные взаимно обратные функции: степенные

Если у нас есть степенная функция y=xa, то при x>0 степенная функция x=y1a также будет обратной ей. Замена букв будет давать соответственно y=xa и x=y1a.

Сделаем график. На графике они будут выглядеть следующим образом (случаи с положительным и отрицательным коэффициентом a):

Графики взаимно обратных функций

  • Основные взаимно обратные функции: показательные и логарифмические

Возьмем a, которое будет положительным числом, не равным 1.

Узнаем, какими будут графики для функций с a>1 и a<1. Они будут выглядеть так:

Графики взаимно обратных функций

  • Основные взаимно обратные функции: тригонометрические и обратные тригонометрические

Если нам нужно построить график главной ветви синуса и арксинуса, он будет выглядеть следующим образом (показан выделенной светлой областью):

Графики взаимно обратных функций

Если построить график главной ветви косинуса и арккосинуса, то он будет выглядеть так:

Графики взаимно обратных функций

Если строить график главной ветви арктангенса и тангенса, то он будет таким:

Графики взаимно обратных функций

График главной ветви арккотангенса и котангенса будет таким:

Графики взаимно обратных функций

В случае построения обратных ветвей, отличные от главных, то обратную тригонометрическую функцию мы сдвигаем вдоль оси Oy на нужное число периодов. Так, если требуется обратная функция для ветви тангенса на π2; 3π2, то мы можем сдвинуть ее на величину π вдоль оси абсцисс. График будет представлять собой ветвь арктангенса, которая сдвинута на π вдоль оси ординат.

Графики взаимно обратных функций

Это все свойства обратных функций, о которых мы хотели бы вам рассказать.

Навигация по статьям

Выполненные работы по математике
  • Математика

    Формирование вычислительных навыков на уроках математики в начальной школе.

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      14 июля 2022 г.

    • Стоимость:

      2 580 руб

    Заказать такую же работу
  • Математика

    Роль геометрии в развитии научного мышления

    • Вид работы:

      Эссе

    • Выполнена:

      19 мая 2022 г.

    • Стоимость:

      300 руб

    Заказать такую же работу
  • Математика

    Геометрия в повседневной жизни

    • Вид работы:

      Эссе

    • Выполнена:

      18 мая 2022 г.

    • Стоимость:

      800 руб

    Заказать такую же работу
  • Математика

    Значение геометрии в современном мире

    • Вид работы:

      Эссе

    • Выполнена:

      17 мая 2022 г.

    • Стоимость:

      400 руб

    Заказать такую же работу
  • Математика

    Методы обучения математике

    • Вид работы:

      Эссе

    • Выполнена:

      16 мая 2022 г.

    • Стоимость:

      500 руб

    Заказать такую же работу
  • Математика

    Проблемы и перспективы современного школьного математического образования

    • Вид работы:

      Эссе

    • Выполнена:

      15 мая 2022 г.

    • Стоимость:

      650 руб

    Заказать такую же работу