Инверзна функција

Инверзно пресликавање f−1f^{-1} обострано једнозначног пресликавања (бијекције) ff, за које је D(f)⊂RD\left( f \right) \subset \mathbb{R} и CD(f)⊂R{C_D}\left( f \right) \subset \mathbb{R}, назива се инверзна функција функције ff. 

На основу дефиниције следи

D(f−1)=CD(f)D\left( f^{-1} \right) = {C_D}\left( f \right), CD(f−1)=D(f){{\text{C}}_D}\left( f^{-1} \right) = D\left( f \right),

f(f−1(x))=xf\left( {f^{-1}\left( x \right)} \right) = x, за x∈D(f−1)x \in D\left( f^{-1} \right), f−1(f(x))=xf^{-1}\left( {f\left( x \right)} \right) = x, за x∈D(f)x \in D\left( f \right).

Функционалана зависност y=f(x)y = f\left( x \right) еквивалентна је функционалној зависности x=f−1(y)x = f^{-1}\left( y \right).

Да би се за функцију y=f(x)y = f\left( x \right) добила инверзна функција f−1f^{-1}, потребно је решити једначину y=f(x)y = f\left( x \right), а затим, у случају да се независна промењива и даље обележава са xx, заменити промењивим xx и yy места.

После тога је график функције  f−1f^{-1} симетричан графику функције ff у односу на праву y=xy = x.

Ако је ff бијекција, сваком yy из скупа вредности одговара тачно једно xx, па постоји инверзна функција f−1f^{-1} која yy враћа у xx. Домен и скуп вредности мењају улоге: D(f−1)=CD(f)D(f^{-1}) = C_D(f) и CD(f−1)=D(f)C_D(f^{-1}) = D(f), а важи f−1(f(x))=xf^{-1}(f(x)) = x и f(f−1(x))=xf(f^{-1}(x)) = x.

Инверзну функцију налазите тако што из y=f(x)y = f(x) изразите xx, па замените места словима xx и yy. Њен график је симетричан графику функције ff у односу на праву y=xy = x. Пазите: f−1(x)f^{-1}(x) није 1f(x)\frac{1}{f(x)}. Функција која није бијекција, као x2x^2 на R\mathbb{R}, нема инверзну док јој се домен не сузи, на пример на [0,∞)[0, \infty).

−2−11234−2−112340xyff⁻¹PQ
1,5
f(u)
2,25
f⁻¹(f(u))
1,5
Тачка QQ је слика тачке PP у односу на праву y=xy = x и увек лежи на графику f−1(x)=xf^{-1}(x) = \sqrt{x}. Укључите цео домен: слика леве гране параболе пада испод осе OxOx, па би једном xx одговарале две вредности. Зато x2x^2 на R\mathbb{R} нема инверзну функцију.

Претварања јединица и валута иду у оба смера: ако једна функција претвара Целзијусове степене у Фаренхајтове, њена инверзна функција ради обрнуто. На истој идеји почивају шифровање и дешифровање порука.

Рецепт из америчке књиге

Рецепт из америчке књиге каже да колач треба пећи на 350∘F350^\circ\mathrm{F}, а ваша рерна показује Целзијусове степене. Фаренхајтови степени добијају се из Целзијусових функцијом f(x)=1,8x+32f(x) = 1{,}8x + 32. Одредите инверзну функцију и температуру на коју треба подесити рерну.

Решење

  1. Функција ff је линеарна, са коефицијентом 1,8≠01{,}8 \ne 0, па је бијекција на R\mathbb{R} и инверзна постоји.
  2. Из y=1,8x+32y = 1{,}8x + 32 изразимо xx: x=y−321,8x = \frac{y - 32}{1{,}8}. Заменом слова добијамо f−1(x)=x−321,8f^{-1}(x) = \frac{x - 32}{1{,}8}.
  3. f−1(350)=350−321,8=3181,8≈176,7f^{-1}(350) = \frac{350 - 32}{1{,}8} = \frac{318}{1{,}8} \approx 176{,}7.
  4. Провера: f(176,7)=1,8⋅176,7+32≈350f(176{,}7) = 1{,}8 \cdot 176{,}7 + 32 \approx 350.

Одговор: Инверзна функција је f−1(x)=x−321,8f^{-1}(x) = \frac{x - 32}{1{,}8}, а рерну треба подесити на око 177∘C177^\circ\mathrm{C}.

Задатак за вежбу

Одредите инверзну функцију функције f(x)=2x+1x−3f(x) = \frac{2x + 1}{x - 3}, x≠3x \ne 3, и проверите да је f−1(f(4))=4f^{-1}(f(4)) = 4.

Прикажи решење

Из y=2x+1x−3y = \frac{2x + 1}{x - 3} следи x(y−2)=3y+1x(y - 2) = 3y + 1, па је f−1(x)=3x+1x−2f^{-1}(x) = \frac{3x + 1}{x - 2}, x≠2x \ne 2. Провера: f(4)=9f(4) = 9 и f−1(9)=287=4f^{-1}(9) = \frac{28}{7} = 4.