Перейти к содержанию

Производная обратной функции

Математика Алгебра Сложность 2/5

Начало урока

Напоминание основ: обратимость и геометрическая мотивация

Вспомним: когда функция имеет обратную?

Из нашего предыдущего изучения обратных функций мы знаем, что функция $f$ обратима (взаимно однозначна) на интервале $I$ тогда и только тогда, когда она строго монотонна на $I$ — либо строго возрастает, либо строго убывает на всём интервале. Если $f$ также непрерывна на $I$, то теорема о непрерывности обратной функции гарантирует, что $f^{-1}$ тоже непрерывна на $f(I)$.

Эти два свойства — строгая монотонность и непрерывность — являются необходимыми условиями, которые делают формулу производной обратной функции возможной.

Принцип отражения

График $f^{-1}$ является отражением графика $f$ относительно прямой $y = x$. При отражении кривой отражаются и её касательные. Касательная с наклоном $m \neq 0$ отражается в касательную с наклоном $\frac{1}{m}$.

Геометрическая интуиция: Поскольку график обратной функции является отражением графика исходной функции относительно прямой $y = x$, приращения при отражении «меняются местами». Следовательно: $$\frac{\Delta f^{-1}}{\Delta x} = \frac{\Delta x}{\Delta f} = \frac{1}{\;\Delta f / \Delta x\;}$$ Касательные тоже отражаются, поэтому их угловые коэффициенты являются обратными величинами.
Интерактивная визуализация — доступна в полном уроке
Интерактивная визуализация — доступна в полном уроке

Синяя кривая $f(x)=x^2$ и её обратная функция $f^{-1}(x)=\sqrt{x}$ (красная) являются отражениями относительно $y=x$. Угловые коэффициенты касательных в соответствующих точках являются обратными величинами.

Теорема об обратной функции (форма для производной)

Теорема (Производная обратной функции)

Пусть $I$ — открытый интервал, содержащий $x_0$, и пусть $f: I \to \mathbb{R}$ — строго монотонная и непрерывная функция. Если $f$ дифференцируема в точке $x_0$ и $f'(x_0) \neq 0$, то обратная функция $f^{-1}$ дифференцируема в точке $y_0 = f(x_0)$, и:

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя