Función inversa para niños
En matemáticas, especialmente en análisis matemático, si f es una función que asigna elementos de I en elementos de J, en ciertas condiciones será posible definir la función f -1 que realice el camino de vuelta de J a I. En ese caso diremos que f -1 es la función inversa de f.
Contenido
Definiciones formales
Sea una función real biyectiva cuyo responsable o dominio sea el conjunto y cuya imagen sea el conjunto . Entonces, la función inversa de , denotada , es la función de dominio y codominio definida por la siguiente regla:
Destaquemos que , al igual que , es una aplicación biyectiva, que queda determinada de modo único por y que cumple:
- y
- .
De hecho, estas dos últimas propiedades caracterizan a la función inversa, como muestra la siguiente definición alternativa.
Definiciones alternativas
Dadas dos aplicaciones y las propiedades:
- y
- ,
entonces:
- Si se cumple 1) entonces es inyectiva y sobreyectiva, y diremos que es inversa por la izquierda de .
- Si se cumple 2) entonces es inyectiva y sobreyectiva, y diremos que es inversa por la derecha de .
- Si se cumplen simultáneamente 1) y 2) entonces y son biyectivas y es la inversa de .
Este último punto se usa como definición de función inversa.
Notación alternativa
La notación tradicional puede ser confusa, ya que puede dar a entender . Una notación alternativa utilizada en teoría de conjuntos es usar una estrella:
Otra notación menos usada es utilizar solo el signo menos en vez del número :
- .
Propiedades algebraicas
- La función inversa de la composición de dos funciones, siempre que tengan su función inversa, viene dada por la fórmula
- Obsérvese que se invierte el orden de f y g, pues para deshacer el camino avanzado primero por f y después por g, habrá que empezar deshaciendo este último por medio de g–1 y terminar con f–1,
- La involución: la función inversa de la función inversa de la función f , si existe, es la misma función f.
- Esta propiedad se deduce de la simetría que hay en las fórmulas: y .
Propiedades analíticas de funciones reales de una variable
Continuidad
- y son simultáneamente continuas: Si una lo es, también lo será la otra. Sin embargo, es posible que ninguna lo sea: Por ejemplo se puede definir así: si es racional, , y si es irracional, . En este caso muy particular .
-
- Además, en tal caso y son monótonas y tienen el mismo sentido de variación (ver la figura).
- Además, en tal caso y son monótonas y tienen el mismo sentido de variación (ver la figura).
Gráfica de la función inversa
- Las gráficas que representan y son simétricas con relación a la primera diagonal, es decir, la recta . En efecto, esta simetría envía un punto cualquiera sobre el punto . pertenece a la curva de si y sólo si pertenece a la de , porque la primera condición se escribe y la segunda y son por definición equivalentes.
- Las tangentes en y tienen pendientes inversas. Es un efecto de la simetría anterior, y es la ilustración geométrica de la relación ya vista .
Derivación
- f y g son simultáneamente derivables: Si una lo es, también lo será la otra, con tal de aceptar valores infinitos de las derivadas de f y g.
-
- Además, en tal caso, para cualquier x de I, si notamos y = f(x), entonces por regla de la cadena tenemos que g'(y)· f'(x) = 1. La derivada de g se obtiene así fácilmente a partir de la de f (vean los ejemplos al final).
Ejemplos
- Por construcción misma, la función raíz cuadrada es función inversa de función cuadrática , con dominio restringido a los números reales no negativos, Es decir, cada una de las dos funciones siguientes son una función inversa de la otra:
- Más generalmente, la función raíz positiva de orden n de un número positivo es la función inversa de la función potencia definida por .
- También por construcción, la función exponencial es la función inversa de la función logaritmo natural.
- Por definiciones muy adecuadas, arccos, arcsen y arctan son las funciones inversas de las funciones trigonométricas coseno, seno y tangente, lo que facilita hallar sus derivadas:
- Para , , y utilizando se obtiene:
- Para , , y utilizando se obtiene:
Se generaliza el concepto de función a otros conjuntos de números, en particular a los complejos, donde el logaritmo (con un dominio restringido) y la exponencial siguen siendo funciones inversas.
- En otras ocasiones una función inversa puede existir y estar bien definida pero no puede escribirse en términos de funciones elementales, como sucede con la función f:
Aunque la función inversa se puede aproximar mediante desarrollo en serie de Taylor:
Véase también
En inglés: Inverse function Facts for Kids
- Teorema de la función inversa, condiciones suficientes para la existencia de una función inversa continua y diferenciable.