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附加数学 · 函数

反函数与定义域限制

你会移项求 f⁻¹(x),但定义域和正负号还是会出错。

反函数 f⁻¹ 把 f 还原:如果 f 把 a 送到 b,f⁻¹ 就把 b 送回 a。有两个地方可能出错,一是移项,二是定义域,本课两者都会讲到。

本课接在按正确顺序求复合函数之后,因为最后的验算就是一个复合函数。整章概览请看函数。

怎样求反函数?

四个步骤:写 y = f(x),解出 x,把字母对调,使答案读作 f⁻¹(x),最后写出定义域。

取 f(x) = (2x + 3) ÷ (x − 1),x ≠ 1。

  1. y = (2x + 3) ÷ (x − 1),所以 y(x − 1) = 2x + 3。
  2. 展开:yx − y = 2x + 3,所以 yx − 2x = y + 3。
  3. 因式分解:x(y − 2) = y + 3,所以 x = (y + 3) ÷ (y − 2)。
  4. 对调:f⁻¹(x) = (x + 3) ÷ (x − 2),x ≠ 2。

限制条件 x ≠ 2,是 f 永远不会输出的值。验算:f(3) = 9 ÷ 2 = 4.5,f⁻¹(4.5) = 7.5 ÷ 2.5 = 3,得回原来的输入。

例题:同一规则,两个定义域

令 f(x) = (x − 2)²。在全体实数上它没有反函数,因为 f(1) = f(3) = 1。

定义域 x ≥ 2。 设 y = (x − 2)²,则 x − 2 = ±√y。因为 x ≥ 2,x − 2 不是负数,所以取 x − 2 = +√y,x = 2 + √y。

f 的值域是 y ≥ 0,所以 f⁻¹(x) = 2 + √x,x ≥ 0。

定义域 x ≤ 2。 这时 x − 2 不是正数,所以 x − 2 = −√y,x = 2 − √y。

反函数是 f⁻¹(x) = 2 − √x,x ≥ 0。两个反函数只差一个符号,由 f 的定义域决定哪一个才对。

验算第一个:f⁻¹(9) = 2 + 3 = 5,f(5) = 3² = 9,吻合。

会丢分的写法

常见的错误有两个:答案里留着 ±,或者没读定义域就选正负号。反函数也是函数,每个输入只有一个输出,所以留着 ± 的答案不算函数。

f 的定义域已经决定了正负号,所以取平方根之前,先读它。

自测

f(x) = x² + 1,定义域 x ≥ 0。求 f⁻¹(x) 和 f⁻¹(10)。

答案

y = x² + 1,所以 x² = y − 1。定义域 x ≥ 0,x 不是负数,所以 x = √(y − 1)。

f 的值域是 y ≥ 1,所以 f⁻¹(x) = √(x − 1),x ≥ 1。

f⁻¹(10) = √9 = 3。验算:f(3) = 9 + 1 = 10。

接下来学什么

下一课是解含未知函数的方程,反函数和复合函数会一起出现。也可以在复合与反函数探索器 (英文)里试你自己的函数组合。

如果限制还是会漏掉,线上一对一附加数学补习能让老师逐行读你的解题过程。

常见问题

函数什么时候才有反函数?

每个输入要有不同的输出,每个输出只来自一个输入。像 x² 在全体实数上不行,因为 2 和 −2 都得 4。限制定义域就能解决。

怎样求 f⁻¹ 的定义域?

f⁻¹ 的定义域就是 f 的值域。先由 f 的定义域求出它的值域,再把这个值域写成反函数的定义域。

为什么有时只取正的平方根?

f 的定义域决定正负号。如果 f 的定义域是 x ≥ 2,想要还原的 x 都至少是 2,所以 x = 2 + √y,而不是 2 − √y。定义域是 x ≤ 2 时,负号才对。

怎样快速检验我的反函数?

取一个值,先用 f,再把结果用 f⁻¹,应该回到出发的那个值。一次数值验算,就能抓出多数符号和移项错误。

如果反函数算对了,定义域或正负号却写错,一对一课堂里老师可以指出是哪一行漏掉了限制。咨询时告诉我们年级和哪一题反函数出错。

  • 为孩子安排线上一对一课程,由经验丰富的老师授课。
  • 第一堂是一小时试听课,RM50 起。学费在预约前就先谈好。
  • 对老师满意就继续上课,每堂约 1.5 小时;不满意可以要求换老师。