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複合函數與反函數

把兩個函數串起來,讓一個的輸出餵給下一個;再學會讓一對一函數倒著運行、建構它的反函數——並驗證兩者互相抵消。

複合:機器串成一列

複合把一個函數的輸出直接送進另一個函數。我們記作 (f ∘ g)(x) = f(g(x)),讀作「f of g of x」。運算要由內向外:先對 x 運行 g,再對 g 返回的結果運行 f。順序很重要——f(g(x)) 與 g(f(x)) 通常不相等。

f(x) = x^2 + 1      g(x) = 2x - 3

(f o g)(x) = f(g(x)) = f(2x - 3)
           = (2x - 3)^2 + 1
           = 4x^2 - 12x + 9 + 1 = 4x^2 - 12x + 10

(g o f)(x) = g(f(x)) = g(x^2 + 1)
           = 2(x^2 + 1) - 3 = 2x^2 - 1

Different results -> order matters.
把整個內層函數代入外層函數的變數位置。

一對一:可以被還原的函數

當不同的輸入總是給出不同的輸出——沒有任何輸出被共用——這個函數就是一對一的。只有一對一函數才能被反轉,因為要從輸出倒著回去,它必須指向唯一一個輸入。其圖形判別法是水平線檢驗:一對一圖像與每條水平線至多相交一次。

建構並驗證反函數

反函數 f⁻¹ 抵消 f:它交換輸入與輸出的角色,於是定義域值域互換位置。要求公式,先寫 y = f(x),交換 x 與 y,再通過分離變數解出 y。

f(x) = 2x - 3

1) y = 2x - 3
2) swap:  x = 2y - 3
3) solve: x + 3 = 2y  ->  y = (x + 3)/2
   So  f^-1(x) = (x + 3)/2

Check that they undo each other:
  f(f^-1(x)) = 2 * (x+3)/2 - 3 = (x + 3) - 3 = x
  f^-1(f(x)) = ((2x - 3) + 3)/2 = (2x)/2     = x   ✓
函數與其反函數複合後得到恆等映射 x——這是最可靠的檢驗。