Как найти функцию обратную другой функции - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Загрузить PDF

Математические функции, обычно обозначаемые как f(x) или g(x), можно представить как порядок выполнения математических операций, которые позволяют прийти от «x» к «y». Обратная функция f(x) записывается как f^-1(x).^[1] В случае простых функций найти обратную функцию несложно.

Шаги

1
Полностью перепишите функцию, заменив f(x) на y. При этом «у» должна находиться на одной стороне функции, а «x» — на другой. Если вам дана функция вида 2 + y = 3x², вам необходимо изолировать «у» на одной стороне, а «x» — на другой.
- Пример. Перепишем данную функцию f(x) = 5x — 2 как y = 5x — 2. f(x) и «y» взаимозаменяемы.
- f(x) — это стандартная запись функции, но если вы имеете дело с несколькими функциями, то каждой из них нужно будет присвоить свою букву, чтобы их было легче отличать друг от друга. Например, часто функции обозначают как g(x) и h(x).
2
Найдите «x». Другими словами, выполните математические операции, необходимые для изолирования «x» по одну сторону от знака равенства. Основные алгебраические принципы: если «x» имеет числовой коэффициент, то разделите обе стороны функции на этот коэффициент; если к члену с «x» прибавляется некоторый свободный член, вычтите его с обеих сторон функции (и так далее).
- Помните, что вы можете применять любую операцию по отношению к одной из сторон уравнения только в том случае, если вы применяете ту же операцию по отношению ко всем членам по обе стороны от знака равенства.^[2]
- В нашем примере добавьте 2 к обеим частям уравнения. Вы получите y + 2 = 5x. Затем разделите обе части уравнения на 5 и получите (y + 2)/5 = x. И, наконец, перепишите уравнение с «x» в левой части: x = (y + 2)/5.
3
Поменяйте переменные, заменив «x» на «y» и наоборот. Результатом будет функция, обратная исходной. Другими словами, если мы подставим значение «x» в исходное уравнение и найдем значение «у», то, подставив это значение «у» в обратную функцию, мы получим значение «x».
- В нашем примере получим y = (x + 2)/5.
4
Замените «у» на f^-1(x). Обратные функции обычно записывают в виде f^-1(x) = (члены с «x»). Следует отметить, что в данном случае -1 — это не показатель степени; это просто обозначение обратной функции.
- Так как «x» в -1 степени равно 1/x, то f^-1(x) — это форма записи 1/f(x), что также обозначает функцию, обратную f(x).
5
Проверьте работу, вместо «x» подставив постоянное значение в исходную функцию. Если вы правильно нашли обратную функцию, подставив в нее значение «у», вы найдете подставленное значение «x».
- Например, подставьте x = 4. Вы получите f(x) = 5(4) — 2 или f(x) = 18.
- Теперь подставьте 18 в обратную функцию и получите y = (18 + 2)/5 = 20/5 = 4. То есть у = 4. Это подставленное значение «x», поэтому вы правильно нашли обратную функцию.
Реклама

Советы

Когда вы выполняете алгебраические операции над функциями, вы можете свободно заменять f(x) = y и f^(-1)(x) = y в обоих направлениях. Но прямая запись обратной функции может привести к путанице, поэтому придерживайтесь записи f(x) или f^(-1)(x), которая поможет вам отличить их друг от друга.
Обратите внимание, что обратная функция обычно (но не всегда) является функциональной зависимостью.^[3]

Об этой статье

Эту страницу просматривали 63 573 раза.

Была ли эта статья полезной?

Источник

Нахождение формулы для функции, обратной данной

Пользуясь формулой (y = f(x)), следует выразить (x) через (y), а в полученной формуле (x = g(y)) заменить (x) на (y), а (y) на (x).

Пример:

найти функцию, обратную для функции

y=x2,x∈0;+∞)

Функция

y=x2

возрастает на промежутке

0;+∞)

. Делаем вывод, что обратная функция существует. Если значения (x) принадлежат промежутку

0;+∞)

, то

x=y

. Заменим (x) на (y), а (y) на (x), получим обратную функцию

y=x,x∈0;+∞)

. Обратная функция определена на промежутке

0;+∞)

и её график симметричен графику функции

y=x2,x∈0;+∞)

относительно прямой (y=x).

Источник

Если в результате композиции двух функций

получается тождественная функция

, то говорят, что эти две функции являются инверсиями друг друга.

Если применение функции

к входу дает

выход

, то применение другой функции

должно вернуть значение

. Следовательно, обратная функция обращает функцию. Область данной функции становится областью обратной функции, а область данной функции становится областью обратной функции.

В общем, обратная функция — это отражение функции начала координат относительно прямой

. Ее можно получить, заменив

на

Если даны графики двух функций, можно определить, являются ли они обратными друг другу. Если графики обеих функций симметричны относительно прямой y = x, то мы говорим, что эти две функции являются обратными друг другу. Это объясняется тем, что если

лежит на функции, то

лежит на ее обратной функции:

Обратная функция — это любая функция, которая никогда не принимает одно и то же значение дважды. Другими словами, для каждого значения

существует только одно значение

. Это означает, что каждый элемент кодомена является образом не более чем одного элемента его области.

Кроме того, обратная функция проходит тесты на вертикальную линию и горизонтальную линию:

Никакая горизонтальная линия не пересекает ее график более одного раза. Таким образом, никакие два элемента в домене не соответствуют одному и тому же элементу в диапазоне

Источник

Функция, обратная данной
Алгоритм вывода формулы функции, обратной данной
Свойства взаимно обратных функций
Примеры

Функция, обратная данной

По определению (см. §34 справочника для 7 класса)

Функция – это соответствие, при котором каждому значению независимой переменной соответствует единственное значение зависимой переменной.

Пусть некоторое соответствие задано таблицей:

x	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4
y	-2	-1,5	-1	-0,5	0	0,5	1	1,5	2

Множество значений X = {-4;-3;…;4} отображается в множество значений Y = {-2;-1,5;…;2}: $X xrightarrow{f} Y$. При этом каждому значению x соответствует единственное значение y, т.е., данное соответствие f является функцией.

С другой стороны, мы можем рассмотреть обратное отображение $Y xrightarrow{g} X$, заданное той же таблицей. При этом каждому значению y соответствует единственное значение x, т.е., обратное соответствие $g = f^{-1}$ также является функцией.

Функцию $f: X xrightarrow{f} Y$ с областью определения X и областью значений Y называют обратимой, если обратное ей соответствие $g: Y xrightarrow{g} g X$ также является фунцией.

Если функция f обратима, то обратное ей соответствие $g = f^{-1}$ называют обратной функцией к f.

Например: аналитическое выражение для функции $X xrightarrow{f} Y$, заданной таблицей $y = f(x) = frac{x}{2}$. Обратное соответствие $Y xrightarrow{g} X$ также является функцией x = g(y) = 2y.

Функция g — обратная функция к f.

В общем случае формулы функций записывают в виде y(x). При такой записи, функции $y = frac{x}{2}$ и y=2x являются взаимно обратными.

Алгоритм вывода формулы функции, обратной данной

На входе: множества X и Y, для которых оба соответствия $X xrightarrow{f} Y$ и $Y xrightarrow{g} X$ являются функциями.

Шаг 1. В формуле для исходной функции заменить обозначения аргумента и значения: $x rightarrow y$, $y rightarrow x$.

Шаг 2. Из полученной формулы выразить y(x). Искомое выражение для обратной функции найдено.

Шаг 3. Учесть ограничения для области определения и области значений исходной и/или обратной функций.

Например:

1) Пусть исходная функция $y = frac{x}{2}$

Шаг 1. Меняем аргумент и значение: $x = frac{y}{2}$

Шаг 2. Находим y из полученной формулы: y = 2x — искомая обратная функция

Шаг 3. Ограничений на x и y нет

2) Пусть исходная функция y = -2x+3

Шаг 1. Меняем аргумент и значение: x = -2y+3

Шаг 2. Находим y из полученной формулы: $y = frac{-x+3}{2}$ — искомая обратная функция

Шаг 3. Ограничений на x и y нет

3) Пусть исходная функция $y = sqrt{x+1}$

Шаг 1. Меняем аргумент и значение: $x = sqrt{y+1}$

Шаг 2. Находим y из полученной формулы: $y = x^2-1$ — искомая обратная функция

Шаг 3. На исходную функцию накладываются ограничения

на $x:x+1 ge 0 Rightarrow x ge -1$, на $y:y ge 0$

Тогда исходная функция определяется на множествах $y ge -1$, $x ge 0$

4) Пусть исходная функция $y = 2x^2+1$

Шаг 1. Меняем аргумент и значение: $x = 2y^2+1$

Шаг 2. Находим y из полученной формулы: $y = sqrt{frac{x-1}{2}}$ — искомая обратная функция

Шаг 3. На обратную функцию накладываются ограничения

на $x:x-1 ge 0 Rightarrow x ge 1$, на $y:y ge 0$

Тогда исходная функция определяется на множествах $y ge 1$, $x ge 0$

Исходная функция — парабола получает ограничения из-за обратной функции; только в этом случаи функции будут взаимно обратными.

Свойства взаимно обратных функций

Пусть f и g — взаимно обратные функции. Тогда:

1. Область определения функции f является областью значений функции g, а область значений функции f является областью определения функции g.

2. Функции f и g либо одновременно возрастающие, либо одновременно убывающие.

3. Если f — нечётная, то и g — нечётная.

4. Графики f и g симметричны относительно биссектрисы 1-й четверти y = x.

5. Справедливы тождества f(g(x) ) = x и g(f(x) ) = x.

Например:

Графики пар взаимно обратных функций, найденных выше:

Примеры

Пример 1. Задайте формулой функцию, обратную данной.

а) y = 5x-4

Меняем аргумент и значение: x = 5y-4

Получаем: $y = frac{x+4}{5}$ — искомая обратная функция

б) y = -3x+2

Меняем аргумент и значение: x = -3y+2

Получаем: $y = frac{-x+2}{3}$ — искомая обратная функция

в) y = 4x+1, где $-1 le x le 5$

Меняем аргумент и значение: x = 4y+1

Получаем: $y = frac{x-1}{4}$

Требуем, чтобы: $-1 le y le 5 Rightarrow -1 le frac{x-1}{4} le 5 Rightarrow -4 le x-1 le 20 Rightarrow -3 le x le 21$

Итак, искомая обратная функция: $y = frac{x-1}{4}$, где -3 $le x le 21$

г) $y=- frac{1}{2} x+7$, где $2 le x le 9$

Меняем аргумент и значение: $x=-frac{1}{2} y+7$

Получаем: y = 2(-x+7) = -2x+14

Требуем, чтобы: $2 le y le 9 Rightarrow 2 le -2x+14 le 9 Rightarrow -12 le -2x le -5 Rightarrow$

$6 ge x ge 2,5 Rightarrow 2,5 le x le 6$

$y = -2x+14,где 2,5 le x le 6$ — искомая обратная функция

Пример 2. Найдите функцию, обратную данной.

Постройте график исходной и обратной функции в одной системе координат.

а) $y=x^2,x le 0$ Обратная функция $x = y^2 Rightarrow y = pm sqrt{x}$ При этом $y le 0$ Поэтому выбираем $y = — sqrt{x}$ – искомая обратная функция
б) y = x-3, $-1 le x le 4$ Обратная функция $x = y-3 Rightarrow y = x+3$ При этом $-1 le y le 4 Rightarrow -1 le x+3 le 4$ $Rightarrow -4 le x le 1$ y = x+3, $-4 le x le 1$ — искомая обратная функция
в) $y = frac{1}{x+1} $ Обратная функция $x = frac{1}{y+1} Rightarrow y = frac{1}{x} -1$
г) $y = 1+ sqrt{x-3}$ Область определения: $x ge 3$ Область значений: $y ge 1$ Обратная функция: $x = 1+ sqrt{y-3} Rightarrow y = (x-1)^2+3$ Область определения: $x ge 1$ Область значений: $y ge 3$

Источник

Download Article

A mathematical function (usually denoted as f(x)) can be thought of as a formula that will give you a value for y if you specify a value for x. The inverse of a function f(x) (which is written as f^-1(x))is essentially the reverse: put in your y value, and you’ll get your initial x value back.^[1] Finding the inverse of a function may sound like a complex process, but for simple equations, all that’s required is knowledge of basic algebraic operations. Read on for step-by-step instructions and an illustrative example.

1
Write your function, replacing f(x) with y if necessary. Your formula should have y on one side of the equals sign by itself with the x terms on the other side of the equals sign. If you have an equation that’s already written in terms of y and x (for instance, 2 + y = 3x²), all you need to do is solve for y by isolating it on one side of the equals sign.^[2]
- Example: If we have a function f(x) = 5x — 2, we would rewrite it as y = 5x — 2 simply by replacing the «f(x)» with a y.
- Note: f(x) is the standard function notation, but if you’re dealing with multiple functions, each one gets a different letter to make telling them apart easier. For example, g(x) and h(x) are each common identifiers for functions.
2
Solve for x. In other words, perform the necessary mathematical operations to isolate x by itself on one side of the equal sign. Basic algebraic principles will guide you here: if x has a numeric coefficient, divide both sides of the equation by this number; if a certain number is added to the x term(s) on one side of the equals sign, subtract this number from both sides, and so on.^[3]
- Remember, you can perform any operation on one side of the equation as long as you perform the operation on every term on both sides of the equal sign.
- Example: To continue our example, first, we’d add 2 to both sides of the equation. This gives us y + 2 = 5x. We’d then divide both sides of the equation by 5, yielding (y + 2)/5 = x. Finally, to make it easier to read, we’ll rewrite the equation with «x» on the left side: x = (y + 2)/5.
Advertisement
3
Switch the variables. Replace x with y and vice versa. The resulting equation is the inverse of the original function. In other words, if we substitute a value for x into our original equation and get an answer, when we substitute that answer into the inverse equation (again for x), we’ll get our original value back!^[4]
- Example: After switching x and y, we’d have y = (x + 2)/5
4
Replace y with «f^-1(x).» Inverse functions are usually written as f^-1(x) = (x terms) . Note that in this case, the -1 exponent doesn’t mean we should perform an exponent operation on our function. It’s just a way of indicating that this function is the inverse of our original.^[5]
- Since taking x to the -1st power gives the fraction 1/x, you can also think of f^-1(x) as a way of writing «1/f(x),» which also signifies the inverse of f(x).
5
Check your work. Try substituting a constant into the original function for x. If you found the correct inverse, you should be able to plug the result into the inverse function and get your original x-value as the result.^[6]
- Example: Let’s substitute 4 for x in our original equation. This gives us f(x) = 5(4) — 2, or f(x) = 18.
- Next, let’s substitute our answer, 18, into our inverse function for x. If we do this, we get y = (18 + 2)/5, which simplifies to y = 20/5, which further simplifies to y = 4. 4 is our original x-value, so we know we’ve calculated the correct inverse function.

Add New Question

Question

Where do I use inverse functions?

For one thing, any time you solve an equation. To solve x+4 = 7, you apply the inverse function of f(x) = x+4, that is g(x) = x-4, to both sides (x+4)-4 = 7-4 . To solve 2^x = 8, the inverse function of 2^x is log2(x), so you apply log base 2 to both sides and get log2(2^x)=log2(8) = 3. To solve x^2 = 16, you want to apply the inverse of f(x)=x^2 to both sides, but since f(x)=x^2 isn’t invertible, you have to split it into two cases. If x is positive, g(x) = sqrt(x) is the inverse of f, but if x is negative, g(x) = -sqrt(x) is the inverse. So the solutions are x = +4 and -4.
Question

What inverse operations do I use to solve equations?

Danoyachtcapt

Top Answerer

The inverse of any number is that number divided into 1, as in 1/N.

Ask a Question

200 characters left

Include your email address to get a message when this question is answered.

Submit

Note that the inverse of a function is usually, but not always, a function itself.^[7]
You can freely substitute back and forth for f(x) = y and f^(-1)(x) = y when you’re performing algebraic operations on your functions. But keeping the original function and the inverse function straight can get confusing, so if you’re not actively working with either function, try to stick to the f(x) or f^(-1)(x) notation, which helps you tell them apart.

References

About This Article

Thanks to all authors for creating a page that has been read 154,116 times.

Did this article help you?

Get all the best how-tos!

You’re all set!

Источник