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考研反函数怎么求

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求反函数是数学分析中的重要内容,以下是系统的解题步骤及注意事项:

一、基本步骤

判断单调性

原函数必须是单调函数(单调递增或单调递减),否则不存在反函数。

交换变量

将原函数 $y = f(x)$ 中的 $x$ 和 $y$ 互换,得到新方程 $x = f(y)$。

解出 $y$

通过代数运算解出 $y$ 关于 $x$ 的表达式。例如:

对于 $y = \sqrt{1 - x}$,交换后得 $x = \sqrt{1 - y}$,平方后解得 $y = 1 - x^2$(需注意原函数值域 $y \geq 0$,因此反函数定义域为 $x \geq 0$)。

确定定义域

反函数的定义域是原函数的值域,值域是原函数的定义域。例如 $y = x^2$($x \geq 0$)的反函数是 $y = \sqrt{x}$($x \geq 0$)。

验证反函数

将反函数代入原函数,验证是否满足 $f(f^{-1}(x)) = x$ 且 $f^{-1}(f(x)) = x$。

二、注意事项

多值函数处理

若原函数存在多值性(如 $y = \sqrt{x}$ 的反函数为 $y = \pm \sqrt{x}$),需根据实际问题确定单值分支。例如,若原函数定义域为 $x \geq 0$,则反函数取正号分支 $y = \sqrt{x}$。

非单调函数

若函数在定义域内不单调(如 $y = x^2$),则需限制定义域使其单调(如 $x \geq 0$)后再求反函数。

符号与表示

原函数 $y = f(x)$ 与反函数 $x = f^{-1}(y)$ 中,$x$ 和 $y$ 的地位互换,但对应法则互逆。

习惯上反函数用 $y = f^{-1}(x)$ 表示,定义域与原函数值域一致。

三、典型例题

例1:

求 $y = \ln(x + 1)$ 的反函数

1. 交换变量:$x = \ln(y + 1)$

2. 解出 $y$:$y + 1 = e^x \Rightarrow y = e^x - 1$

3. 定义域:原函数值域为 $R$,因此反函数定义域为 $x \in R$

4. 最终反函数:$y = e^x - 1$

例2:求 $y = \frac{2x + 1}{x - 3}$ 的反函数

1. 交换变量:$x = \frac{2y + 1}{y - 3}$

2. 解出 $y$:$x(y - 3) = 2y + 1 \Rightarrow xy - 3x = 2y + 1 \Rightarrow y(x - 2) = 3x + 1 \Rightarrow y = \frac{3x + 1}{x - 2}$

3. 定义域:原函数值域为 $y \neq 2$,因此反函数定义域为 $x \neq 2$

4. 最终反函数:$y = \frac{3x + 1}{x - 2}$

通过以上步骤和注意事项,可以系统地求解反函数。若遇到复杂函数,建议结合函数性质(如奇偶性、单调性)和代数技巧进行分析。