Оборотні функції. Взаємно обернені функції

Поняття оборотності є ключовим для розуміння того, як математичні операції можуть «скасовувати» одна одну. Якщо функція кожному значенню аргументу ставить у відповідність унікальне значення результату, ми можемо здійснити зворотний процес: знайти, яке саме «х» привело нас до конкретного «у». Такі пари функцій називаються взаємно оберненими, і вони відіграють важливу роль у розв'язуванні рівнянь та дослідженні властивостей графіків.

На цій сторінці ми з'ясуємо умови, за яких функція вважається оборотною, та вивчимо три їхні фундаментальні властивості: взаємозв'язок областей визначення та значень, збереження монотонності та особливу геометричну симетрію. Ви навчитеся не лише аналітично виводити формулу оберненої залежності, а й миттєво впізнавати такі пари функцій за їхніми графіками завдяки візуальному тесту на симетрію відносно прямої y = x.


Розглянемо функцію y = x + 4. Будь-яке значення функції y ми можемо отримати лише з одного значення змінної x. Такі функції, які набувають кожного свого значення в єдиній точці з її області визначення, називаються оборотними.

Для оборотних функцій y(x) можна знайти обернену залежність x(y), тобто знайти, яким значенням функції відповідають значення аргументу. Отримана залежність також є функцією, яка називається оберненою.

Отже, функції y = f(x) та y = g(x) називаються взаємно оберненими, якщо для кожного значення t з області визначення функції y = f(x) з рівності f(t) = m слідує, що g(m) = t.

Властивості обернених функцій:

  • Область визначення функції співпадає з областю значень оберненої, область значень функції співпадає з областю визначення оберненої (D(f(x)) = E(g(x)), E(f(x)) = D(g(x))).
  • Графіки взаємно обернених функції симетричні відносно прямої y = x (бісектриси І та ІІІ координатних чвертей).
  • Монотонність взаємно обернених функцій співпадає (якщо функція зростає, то обернена до неї також зростає; якщо функція спадає, то і обернена до неї функція спадає).

Як же знайти обернену функцію. Для цього достатньо виразити аргумент функції через її значення (у через х) та поміняти місцями аргумент і значення.

Завдання 1. Знайти функцію, обернену до функції y = 2x + 4.
Показати відповідь
Перенесемо 2х в лівий бік, а у - в правий. Отримаємо рівність - 2х = 4 - у. Поділимо ліву та праву частину на -2. Отримаємо x = \frac{1}{2}y-2 та поміняємо місцями у та х. Отримана функція y =\frac{1}{2}x-2 і є оберненою до даної.
Завдання 2. На якому малюнку зображено взаємно обернені функції.
графік лінійної функції (пряма, linear function) xy
Графік лінійних функцій
Графік лінійних функцій
Графік лінійних функцій
Показати відповідь
Графіки взаємно обернених функцій симетричні відносно прямої у=х, яка є бісектрисою І та ІІІ координатних чвертей. Із запропонованих малюнків лише на 3 перших лінії симетричні відносно якоїсь прямої, але на першому малюнку вони симетричні відносно прямих у = 0 та х = 0, на другому відносно прямої х = 2 і лише на третьому відносно прямої у = х. Тому правильна відповідь В.