單變量微積分筆記4——導數4(反函數的導數)


什么是反函數

  一般地,設函數y=f(x)(x∈A)的值域是C,若找得到一個函數g(y)在每一處g(y)都等於x,這樣的函數x= g(y)(y∈C)叫做函數y=f(x)(x∈A)的反函數,記作y=f-1(x) 。反函數y=f-1(x)的定義域、值域分別是函數y=f(x)的值域、定義域。最具有代表性的反函數就是對數函數與指數函數。

  例1:y=2x-1的反函數是y=0.5x+0.5
  y=2x的反函數是y=log2x

  例2:求函數3x-2的反函數

  y=3x-2的定義域為R,值域為R.
  由y=3x-2解得 
  x=1/3(y+2) 
  將x,y互換,則所求y=3x-2的反函數是y=1/3(x+2)

反函數的性質

  這個厲害了,反函數一般具有以下幾種性質:
  1、互為反函數的兩個函數的圖象關於直線y=x對稱;  
  2、函數存在反函數的充要條件是,函數在它的定義域上是單調的;  
  3、一個函數與它的反函數在相應區間上單調性一致;  
  4、偶函數一定不存在反函數,奇函數不一定存在反函數。若一個奇函數存在反函數,則它的反函數也是奇函數。    
  5、一段連續的函數的單調性在對應區間內具有一致性; 
  6、嚴格增(減)的函數一定有嚴格增(減)的反函數【反函數存在定理】。

  7、反函數是相互的 
  8、定義域、值域相反對應法則互逆 
  9、不是所有函數都有反函數如y=x的偶次方(不滿足第2條如y=x2在x<=0時是遞減的,在x>=0時是遞增的)
  10、反函數的導數關系:如果X=F(Y)在區間I上單調,可導,且F‘(Y)不等於0,那么他的反函數Y=F’(X)在區間S={X|X=F(Y),Y屬於I}內也可導,且[F‘(X)]'=1\[F’(Y)]'。

反函數求導

  用隱函數微分法可以求導任意反函數,只要我們知道原函數的導數。

示例1:(tan-1x)’

  y = tan-1x = arctanx,定義域是(-π/2, π/2),值域是(-∞,+∞),原函數是tany = x

  先來看圖形,中間的紅色曲線是定義域是(-π/2, π/2)時tanx的曲線,藍色曲線是其對應的反函數y = arctanx

  以下是y = tan-1x求導過程:

  上式等價於tany=x,求導等價於對tany=x求導。對隱函數tany=x兩側同時求導:

  在上圖直角三角形中,tany=a/b,siny=a/c,cosy=b/c,由此,tany=siny/cosy。代入(1):

  在上圖直角三角形中,,代入(2):

  y是x的函數,我們需要將y替換成x,如果直接替換,將得到cos2(tan-1x),可以對其化簡,但這很繁瑣,所以還是回到直角三角形中考慮使用更簡單化簡的方法。

  由於tany=x,所以將直角三角形中的兩個直角邊分別設為x和1,這樣就可以求得斜邊,由此可以計算cosy:

示例2:(sin-1x)’ 

 

 


   出處:微信公眾號 "我是8位的"

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