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3.10 反函數與反函數求導

你還記得在上一章中我們討論過的對稱嗎?而反函數就要從對稱和翻折說起。如果有一函數y=f(x),那么它的反函數就是將其圖像沿著y=x這樣一條斜線進行翻折后得到的圖。但是這種翻折也不是絕對的,我們還需要考慮定義域等因素。所以嚴謹一些的說法應該是:讓該函數的某一部分沿著y=x的圖像進行翻折。

有的讀者可能就會問:“這么折騰來折騰去,求反函數有什么意義嗎?”

一般來說,反函數和原函數的自變量和因變量對調,拿第1章的例子來說,即我們可以通過縮印用了多少頁紙推算出原本需要印多少頁的資料。而拿本章的例子來說,即通過測量面團的近似半徑來求出它的重量。因此,反函數常被用于天文學和經濟學等學科的部分計算中。

如果某函數 x=f(y)注44,它在 某一段注45內是 單調的注46,并且具備可導的性質,滿足f′(y)≠0。

要求f′(y)≠0的原因是,如果f′(y)=0,則說明它在此處是一條水平的線,那么經過翻折得到的反函數就一定有一段線是垂直的,而一條垂直的線的導數是沒有意義的,也就是其不存在導數。既然這樣導數不存在,那么我們就沒有辦法求它的導數了。

把x=f(y)的反函數寫作y=f-1(x),我們可以這樣理解:f-1表示的是f的反函數,由于自變量和因變量的位置需要交換,所以就寫成了y=f-1(x)。

按照之前學過的求極限的方法,我們在該函數的指定區間內,任取不重合的兩點——x和x+Δx。因為我們事先規定過x=f(y)在這一段中是單調的,那么我們就可以推出,經過翻折后得到的反函數y=f-1(x)在同一段中也是單調的。既然它是單調的,那么則有:

Δy=f-1(x+Δx)-f-1(x)且Δy≠0

于是就有:

由于y=f-1(x)是可以求導的,那么根據導數存在的準則(將在第4章詳細介紹),它一定是連續的,所以會有:

即:

綜上所述,我們可以把結論歸納為:反函數的導數等于原函數的導數的倒數。

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