A-Level反函数:同一个二次式,为什么限制定义域后会选不同根号分支?

求反函数时,交换x和y只是整理关系,不能保证得到唯一输出。A-Level数学学习中,二次函数尤其适合用来检查:题目给出的定义域,究竟在最后一步起什么作用?下面的例子是原创练习,具体课程要求仍应结合考试局和所读版本核对。

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先把二次式写成容易看出范围的形式

设f(x)=x²+2x+3=(x+1)²+2。若允许全部实数输入,x=0和x=−2都会得到3。因此只知道输出3,无法唯一找回原来的输入,整个实数范围上的这个函数没有单值反函数。

这不是计算出了两个根就随便删掉一个的问题,而是原函数是否一一对应的问题。先用一对简单输入反例检查,会比直接记忆反函数公式更可靠。

原定义域为x≥−1时选择正分支

写y=(x+1)²+2,得到x+1=±√(y−2)。原条件x≥−1说明x+1≥0,所以这里应选x=−1+√(y−2)。把反函数的输入变量改写为x,可得f⁻¹(x)=−1+√(x−2),其定义域为x≥2,值域为输出不小于−1。

注意,反函数符号中的−1不是倒数。也不能把原来的x≥−1直接当成反函数的定义域:反函数接受的是原函数的输出。

换成左半边时,负分支才符合条件

如果原函数改限于x≤−1,那么x+1≤0,反函数就应为−1−√(x−2),定义域仍是x≥2,值域则为输出不大于−1。两种情况使用相同二次式,也有相同原值域,却返回不同的输入位置。

例如反函数输入6,右半边返回1,左半边返回−3;代入原式,两者都得到6。决定选择哪个数的,是原函数允许使用哪一侧,而不是平方根本身只有一种写法。

用两层检查结束解答

第一层是代回:对右半边有f(−1+√(x−2))=x,但这一步必须在x≥2时进行。第二层是范围:返回的数确实落在原先规定的区间。只检查代回相等而不检查范围,可能仍保留不属于原函数定义域的分支。

整理笔记时,把原定义域、原值域、所选符号和反函数定义域放在一起。若一道题卡住,带上图像与选分支的理由讨论,通常比重复交换变量更能定位问题;不要把同一结果推广为所有考试局的固定答题模板。

延伸阅读:A-Level数学对数不等式:解出上界以后,别漏掉定义域。

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