Funkcja odwrotna

Definicja i znaczenie

Funkcja odwrotna to funkcja, która "odwraca" działanie funkcji pierwotnej. Jeśli funkcja 'f' odwzorowuje element 'x' na 'y', to jej funkcja odwrotna, oznaczana jako f^(-1), odwzorowuje 'y' z powrotem na 'x'. Warunkiem istnienia funkcji odwrotnej jest to, że funkcja pierwotna musi być różnowartościowa (wzajemnie jednoznaczna), co oznacza, że jest zarówno injektywna (różne wartości 'x' dają różne wartości f(x)), jak i surjektywna (każda wartość 'y' w przeciwdziedzinie/zbiorze wartości jest osiągana).

Matematycznie zapisujemy: Jeśli f(x) = y, to f^(-1)(y) = x, co również oznacza: f(f^(-1)(x)) = x oraz f^(-1)(f(x)) = x.

Charakterystyka funkcji odwrotnej

Dziedzina funkcji 'f' staje się zbiorem wartości funkcji f^(-1).

Zbiór wartości funkcji 'f' staje się dziedziną funkcji f^(-1).

Wykres funkcji f^(-1) jest odbiciem lustrzanym wykresu funkcji 'f' względem prostej y = x.

Procedura wyznaczania funkcji odwrotnej

1. Zapisz f(x) jako równanie: y = f(x).
2. Zamień role x i y: x = f(y).
3. Rozwiąż powstałe równanie względem y – to staje się f^(-1)(x).
4. Określ nową dziedzinę i zbiór wartości dla f^(-1)(x).

Przykład

Niech funkcja będzie f(x) = 2x + 3.

Krok 1: y = 2x + 3

Krok 2: x = 2y + 3

Krok 3: x - 3 = 2y, zatem y = (x - 3)/2

Dlatego: f^(-1)(x) = (x - 3)/2

Sprawdźmy: f(f^(-1)(x)) = 2 * [(x - 3)/2] + 3 = x - 3 + 3 = x oraz f^(-1)(f(x)) = ((2x + 3) - 3)/2 = 2x/2 = x

Funkcje odwrotne dla niektórych popularnych funkcji

f(x) = x^3, zatem f^(-1)(x) = sqrt(3)(x) (funkcja odwrotna istnieje na R - wszystkich liczbach rzeczywistych)

f(x) = x^2, nie jest odwracalna na R, ponieważ nie jest injektywna; staje się odwracalna, jeśli dziedzina jest ograniczona do [0, nieskończoność)

f(x) = e^x, zatem f^(-1)(x) = ln(x)

Podsumowanie

Funkcja odwrotna wyraża odwracalność matematycznego odwzorowania. Jej definicja opiera się na zamianie zależności między danymi wejściowymi a wyjściowymi. Aby istniała, funkcja pierwotna musi być różnowartościowa. Funkcja odwrotna odgrywa ważną rolę w algebrze, analizie matematycznej oraz w rozwiązywaniu równań, gdzie chcemy "cofnąć" działanie funkcji.