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复合函数与反函数

把两个函数串起来,让一个的输出喂给下一个;再学会让一对一函数倒着运行、构造它的反函数——并验证两者互相抵消。

复合:机器串成一列

复合把一个函数的输出直接送进另一个函数。我们记作 (f ∘ g)(x) = f(g(x)),读作“f of g of x”。运算要由内向外:先对 x 运行 g,再对 g 返回的结果运行 f。顺序很重要——f(g(x)) 与 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.
把整个内层函数代入外层函数的变量位置。

一对一:可以被还原的函数

当不同的输入总是给出不同的输出——没有任何输出被共用——这个函数就是一对一的。只有一对一函数才能被反转,因为要从输出倒着回去,它必须指向唯一一个输入。其图形判别法是水平线检验:一对一图像与每条水平线至多相交一次。

构造并验证反函数

反函数 f⁻¹ 抵消 f:它交换输入与输出的角色,于是定义域值域互换位置。要求公式,先写 y = f(x),交换 x 与 y,再通过分离变量解出 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   ✓
函数与其反函数复合后得到恒等映射 x——这是最可靠的检验。