关于反函数定理

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rudin反函数定理

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rudin反函数定理(实用版)目录1.反函数定理的定义2.反函数定理的证明3.反函数定理的应用正文一、反函数定理的定义Rudin 反函数定理是指,在给定集合 X 和 Y 上,如果映射 f : X →Y 是单调的且在每个区间 [a, b] 上都是连续的,那么它的反函数 f^-1 : Y → X 也是单调的并在每个区间 [f(a), f(b)] 上都是连续的。

二、反函数定理的证明为了证明 Rudin 反函数定理,我们需要证明两个主要结论:第一,如果 f 是单调的,那么 f^-1 也是单调的;第二,如果 f 在每个区间 [a,b] 上都是连续的,那么 f^-1 在每个区间 [f(a), f(b)] 上也是连续的。

1.证明 f 是单调的,那么 f^-1 也是单调的:假设 f 是单调的,我们需要证明 f^-1 也是单调的。

考虑两个元素x1 和 x2 在 f(a) 和 f(b) 之间,即 f(a)≤ x1 < x2 ≤ f(b)。

由于 f 是单调的,我们有 f(a) < f(x1) < f(x2) < f(b)。

由于 f^-1 是 f 的反函数,我们有 f^-1(f(a)) = a < x1 < x2 < f^-1(f(b)) = b。

因此,f^-1 也是单调的。

2.证明如果 f 在每个区间 [a, b] 上都是连续的,那么 f^-1 在每个区间 [f(a), f(b)] 上也是连续的:我们需要证明如果 f 在每个区间 [a, b] 上都是连续的,那么 f^-1 在每个区间 [f(a), f(b)] 上也是连续的。

考虑两个元素 x1 和 x2 在f(a) 和 f(b) 之间,即 f(a)≤ x1 < x2 ≤ f(b)。

由于 f 在 [a, b] 上是连续的,我们有 f(a) < f(x1) < f(x2) < f(b)。

由于 f^-1 是 f 的反函数,我们有 f^-1(f(a)) = a < x1 < x2 < f^-1(f(b)) = b。

数学分析23.3反函数定理和隐函数定理(含习题及参考答案)

数学分析23.3反函数定理和隐函数定理(含习题及参考答案)

第二十三章向量函数微分学3 反函数定理和隐函数定理一、反函数定理概念1:若定义在开集D⊂R n上的向量函数f: D→R m是一一映射,即不仅对每一个x∈D只有一个y∈R m与之对应,且对每一个y∈f(D)也只有惟一确定的x∈D, 使得f(x)=y. 于是由后者能确定一个定义在f(D)上的函数,记为f-1: f(D)→D,称它为函数f的反函数. 函数f与其反函数f-1满足:(1)(f-1◦f)(x)=x, x∈D;(2) (f◦f-1)(y)=y, y∈f(D).定理23.17:(反函数定理)设D⊂R n是开集, 函数f: D→R m满足条件:①在D上可微且f’连续;②存在x0∈D, 使det f’(x0)≠0,则存在邻域U=U(x0)⊂D, 使得:(1)f在U上一一映射,从而存在反函数f-1: V→U,其中V=f(U)是开集;(2)f-1在V上存在连续导数(f-1)’, 且(f-1)’(y)=(f’(x))-1, x=f-1(y), y∈V.证:1)将函数f变换为定义在零点邻域内的函数.设T=f’(x0), 由①②知存在点x0的邻域U⊂D, 使得f’(x)在U内非零.在U-x0={x-x0|x∈U}上定义函数F(x)=T-1[f(x0+x)-f(x0)], x∈U-x0.记U-x0为U1, 即有0∈U1, F(0)=0, F’(0)=I (单位矩阵), 且F在U1可微, F’连续, 对所有x∈U1, F’(x)≠0.(2)证明存在邻域U2⊂U1, 使得F在U2上是一一映射.设φ(x)=x-F(x), x∈U1, 则φ’(0)=0. 取定0<α<1, 由φ’(x)的连续性,存在中心在原点的开球U 2⊂U 1, 使得对x ∈U 2, )(x ϕ'<α.应用定理23.14微分中值不等式得)()(x x '-''ϕϕ≤αx x '-'', x ’,x ”∈U 2. ∴)()(x F x F '-''≥(1-α)x x '-'', 即F 在U 2上是一一映射. 若定义F 的反函数H: F(U 2)→U 2, H(F(x))=x, x ∈U 2, 则有H 连续. 3)证明F(U 2)⊃(1-α)U 2, U=H(V)是开集,其中V=(1-α)U 2. 任取y ∈(1-α)U 2, 对任何n>1, 应用迭代法构造x 0,…,x n 使得 x 0=0, x i =y+φ(x i-1), x i-1∈U 2, 1--i i x x ≤αi-1y , 1≤i ≤n. 于是有n x ≤∑=--ni i i x x 11≤∑=-ni i y 11α<y α-11, 即 x n ∈U 2, x n+1=y+φ(x n ), n n x x -+1=)()(1--n n x x ϕϕ≤α1--n n x x . 所以将n 换成n+1时归纳法假设也成立.由于α<1, 因此{x n }是R n 中的柯西序列,于是有x n →x ∈U 2. ∴∞→n lim F(x n )=∞→n lim (x n -φ(x n ))=∞→n lim (x n -x n+1+y)=y. 设V=(1-α)U 2, 于是有U=F -1(V). 由F 连续,而开集的原象是开集知, U 是开集. 4)证明:若y ∈V, x=H(y), 则H ’(y)=F ’(x)-1.设y ∈V, y+k ∈V, k ≠0, x=H(y), x+h=H(y+k), S=F ’(x), 于是有 H(y+k)-H(y)-S -1k=h-S -1k=S -1(Sh-k)= -S -1[F(x+h)-F(x)-Sh]. 由(1-α)h ≤k 得,kkS y H k y H 1)()(---+≤hShx F h x F S )1()()(1α---+-.当k →0时, h →0, 即有上式右边趋于0,∴H ’(y)=F ’(x)-1. 5)证明:H ’(x)在V 内连续.∵)()(y H k y H '-+'≤11)]([)]([--'-+'x F h x F≤11)]([)()()]([--''-+'+'x F x F h x F h x F .由F ’的连续性, 当h 充分小时, 1)]([)()(-''-+'x F x F h x F <21. ∴1)]([-+'h x F ≤21)]([-'x F , 于是)()(y H k y H '-+'≤2)()()]([21x F h x F x F '-+''-, ∴H ’也连续.例1:记w=(x,y,z)T , p=(r,θ,φ)T ,求函数w=f(p)=(rsin θcos φ,rsin θsin φ,rcos θ) 的反函数的导数.解:(f -1)’(w)=[f ’(p)-1]=10sin cos cos sin sin cos sin sin sin sin cos cos cos sin -⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--θθϕθϕθϕθϕθϕθϕθr r r r r =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--0cos sin sin sin cos sin cos cos sin cos sin sin sin cos sin sin 122222222ϕϕθϕθθϕθθθθϕθϕθθr r r r r r r r r=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--0sin cos sin sin sin sin cos cos cos cos sin sin cos sin θϕθϕθϕθϕθθϕθϕθr r r r r (r 2sin θ≠0). 将w=f(p)代入上式得:(f -1)’(w)=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++-+-++02222222222222y x x y x y r y x y x r yz yx r xzrz r y r x, (x 2+y 2≠0), 其中r=222z y x ++.二、隐函数定理概念2:设X ⊂R n , Y ⊂R m , Ω=X ×Y ⊂R n+m , F: Ω→R m . 考察向量函数方程 F(x,y)=0, x ∈X,y ∈Y. 若有向量函数f: U →Y(U ⊂X), 则F(x,f(x))≡0, x ∈U. 称函数f 是由方程F(x,y)=0确定的定义在U 上的隐函数.固定y∈Y时, 关于x的偏导数记为:F’x(x,y)或D x F(x,y) (为m×n矩阵); 固定x∈X时, 关于y的偏导数记为:F’y(x,y)或D y F(x,y) (为m×n矩阵).定理23.18:(隐函数定理)设X⊂R n,Y⊂R m是开集,Ω=X×Y⊂R n+m(为开集), F: Ω→R m. 若F满足下列条件:①存在x0∈X, y0∈Y, 使得F(x0,y0)=0;②F在Ω上可微,且F’连续; ③det F’y(x0,y0)≠0.则存在点x0的n维邻域U=U(x0)⊂X和点y0的m维邻域V=V(x0)⊂Y,使得在点(x0,y0)的n+m维邻域W=U×V⊂Ω内, 由方程F(x,y)=0惟一地确定了隐函数f: U→V,它满足:(1)y0=f(x0);(2)当x∈U时, (x,f(x))∈W, 具有恒等式F(x,f(x))≡0, x∈U;(3)f在U内存在连续偏导数f’, 且f’(x)=-[F’y(x,y)]-1F’x(x,y), (x,y)∈W. 证:定义函数G: Ω→R n×R m, G(x,y)=(x,F(x,y)), 即有det G’(x0,y0)=det F’y(x0,y0)≠0, G(x0,y0)=(x0,F(x0,y0))=(x0,0).应用定理23.17, 存在R n×R m中包含(x0,0)的开集U×V’, U⊂R n, V’⊂R m和R n×R m中包含(x0,y0)的开集U’×V, U’⊂R n, V⊂R m使得G: U’×V→U×V’具有可微反函数H: U×V’→U’×V. 由G(x,y)=(x,F(x,y))得H(x,y)=(x,k(x,y)),其中k(x,y)是从U×V’到V的可微向量函数. 定义映射π: R n×R m→R m, π(x,y)=y. 由于π◦ G=F, ∴F(x,k(x,y))=F◦ H(x,y)=(π◦ G)◦H(x,y)=π◦(G◦H)(x,y)= π(x,y)=y, ∴F(x,k(x,0))=0. 定义f(x)=k(x,0), 即有x∈U, f(x)∈V, F(x,f(x))=0, y0=f(x0). 引入向量增量符号△f=f(x+△x)-f(x), x,x+△x∈U. 于是有F(x+△x,f(x+△x))-F(x,f(x))=F(x+△x,f(x)+△f)-F(x,f(x))=0.各分量运用微分中值公式: F i (x+△x,f(x)+△f)-F i (x,f(x))=k i i nk k i x f x f x x x F ∆∆+∆+∂∂∑=))(,(1θθ+j i i mj ji f f x f x x y F∆∆+∆+∂∂∑=))(,(1θθ=0 (i=1,…,m). 又k i mj ji x fx f x y F ∂∂∂∂∑=))(,(1=))(,(x f x x F k i ∂∂-(i=1,…,m; k=1,…,n).将这m ×n 个式子列成矩阵式,即有:F ’y (x,y)f ’(x)=-F ’x (x,y), y=f(x), (x,y)∈U ×V. 由F ’y 在U 内可逆, 解得: f ’(x)=-[F ’y (x,y)]-1F ’x (x,y), (x,y)∈W. 由条件②推得f ’(x)在U 上连续.例2:设Ω⊂R 4, F,G: Ω→R.若向量H=(F,G)T 在点(z 0,w 0)T ∈Ω的某邻域内 满足定理23.18条件, 其中z 0=(x 0,y 0)T , w 0=(u 0,v 0)T , 且det H w ’(z 0,w 0)≠0, 则方程H(x,y,u,v)=0. 在点z 0的某邻域内确定一个可微的隐函数w=f(z), 且f ’(z)=-[H ’w (z,w)]-1H ’z (z,w), 即f ’(z)=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂y v xvyu x u=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂--y G x G yF x F vG u Gv F u F1=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂-∂∂-∂∂-y G x Gy F x Fv F u G v F v GJ 1 =⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂-),(),(),(),(),(),(),(),(1y u G F x u G F v y G F v x G F J , 其中J=),(),(v u G F ∂∂.三、拉格朗日乘数法设D ⊂R n 为开集, f: D →R, φ: D →R m , n=m+r, 用行向量记x=(x 1,…,x n )=(x 1,…,x r ,x r+1,…,x r+m )=(y,z), y ∈R r , z ∈R m , 当φ(x)=φ(y,z)=0时,求函数f(x)=f(y,z)的极值, 其格拉朗日函数为L(x,λ)=L(y,z,λ)=f(y,z)+λTφ(y,z), 其中λ=(λ1,…,λn)T为拉格朗日乘数向量.定理23.19:对上述所设函数f, φ若满足条件:(1)f, φ在D内有连续导数;(2)φ(x0)=φ(y0,z0)=0;(3)rank φ’(x0)=rank[φ’y(y0,z0),φ’z(y0,z0)]=m;(4)x0=(y0,z0)是f在φ(x)=φ(y,z)=0时的极值点.则存在A0∈R m, 使得(x0,A0)是函数L(x,λ)=f(y,z)+λTφ(y,z)的稳定点, 即满足L’(x0,A0)=[L x(x0,A0)+ Lλ(x0,A0)]=0, 其中λ=(λ1,…,λn)T,又由条件(2)有Lλ(x0,A0)=[φ(x0)]T=0, ∴L x(x0,A0)=f’(x0)+A0Tφ’(x0)=0.证:不妨设由条件(3)有det φ’z(y0,z0)≠0.由条件(1)(2)及上式满足定理23.18, 知由方程φ(x)=φ(y,z)=0确定惟一隐函数z=g(y), (y,z)∈U(y0)×U(z0)⊂D, 使得z0=g(y0), φ(y,g(y))≡0, y∈U(y0) 且g在U(y0)存在连续导数. 于是由复合函数求导法则得φy(y0,z0)+φz(y0,z0)g’(y0)=0. 又(y0,z0)是f的条件极值点,∴y0是h(y)=f(y,g(y))的极值点. 于是有f y(y0,z0)+f z(y0,z0)g’(y0)=0.取A0∈R m为方程f z(y0,z0)+ A0Tφz(y0,z0)=0的解. 由det φ’z(y0,z0)≠0知, A0存在. ∵A0Tφy(y0,z0)+A0Tφz(y0,z0)g’(y0)=0, ∴A0Tφy(y0,z0)-f z(y0,z0)=0,∴f y(y0,z0)+ A0Tφz(y0,z0)=0, 又f z(y0,z0)+ A0Tφz(y0,z0)=0, 得证.习题1、设方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+-+=++-=+-+023*******u z y x u z y x u z y x , 证明:除了不能把x,y,z 用u 惟一表示出来外,其他任何三个变量都能用第四个变量惟一表示出来.证:令F(x,y,z,u)=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321F F F =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+++-+-+u z y x u z y x u z y x 2322232, 则F ’(x,y,z,u)=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---232212112113u . F 满足条件:(1)F(0,0,0,0)=0, 存在(0,0,0,0)T ∈R 4; (2)F 在R 4上可微, 且F ’连续;(3)令ω1=(x,y,z)T , ω10=(0,0,0)T , 则det F ’ω1(0,ω10)=322211113---=0; 令ω2=(x,z,u)T , ω20=(0,0,0)T , 则det F ’ω2(0,ω20)=232121013--=21≠0;令ω3=(x,y,u)T , ω30=(0,0,0)T , 则det F ’ω3(0,ω30)=222111013-=-12≠0;令ω4=(x,y,u)T , ω40=(0,0,0)T , 则det F ’ω4(0,ω40)=232121011---=3≠0; 根据定理23.17,在原点邻域,除了不能把x,y,z 用u 唯一表示出来,其他任何三个变量都能用第四个变量唯一表示出来.2、应用隐函数求导公式,求由方程组x=ucosv, y=usinv, z=v 所确定的隐函数之一z=z(x,y)的所有二阶偏导数.解:令F=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321F F F =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---v z v u y v u x sin cos , ω1=(x,y)T , ω2=(z,u,v)T , 依隐函数求导公式有f ’(ω1)=-[F ’ω2(ω1,ω2)]-1F ’ω1(ω1,ω2), 即⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂y v xv y u x u y z x z =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡------001001101cos sin 0sin cos 01v u v v u v =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-----0010010cos sin 0sin cos cos sin 1v v v u v u u v v u =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-----v vv u v u v v u cos sin sin cos cos sin 1, 其中u=),,(),,(321v u z F F F ∂∂. ∴xz ∂∂=u v sin -, y z ∂∂=u v cos , x u ∂∂=cosv, y u ∂∂=sinv, x v ∂∂=u v sin -, y v ∂∂=u v cos .又u=22y x +, cosv=22yx x +, sinv=22yx y +, 因此有22x z∂∂=2sin cos u vx u x v vu ∂∂-∂∂-=2sin cos 2u v v =222)(2y x xy +; yx z∂∂∂2=2sin cos u vy uy v vu ∂∂-∂∂-=222cos sin u v v -=22222)(y x x y +-;22yz∂∂=2cos sin u vyuy v vu ∂∂-∂∂-=2cos sin 2uv v -=222)(2y x xy +-.3、设方程组⎩⎨⎧=---=0),,(),,(z y x g uv z uv y uv x f u . 试问:(1)在什么条件下,能确定以x,y,v 为自变量, u,z 为因变量的隐函数组? (2)能否确定以x,y,z 为自变量, u,v 为因变量的隐函数组? (3)计算x u ∂∂,y u ∂∂,vu∂∂.解:设F=⎥⎦⎤⎢⎣⎡21FF =⎥⎦⎤⎢⎣⎡----),,(),,(z y x g uv z uv y uv x f u , F: R 5→R 2. 若F 满足下列条件: ①存在P 0(x 0,y 0,z 0,u 0,v 0)∈R 5, 使F(p 0)=0;②在邻域U(p 0)⊂R 5内,F 可微且F ’连续,则有f, g 可微且f ’, g ’连续; ③由行列式求导法知:F ’=⎥⎦⎤⎢⎣⎡''''+'+''+'+'+'-'-'-00)()(1321321321z y x g g g f f f u f f f v f f f (1)令ω1=(x,y,v)T , ω2=(u,z)T , ω10=(x 0,y 0,v 0)T , ω20=(u 0,z 0)T , 满足det F ’ω2(ω10,ω20)=g ’z [1+v(f 1’+ f 2’+ f 3’)]≠0时,在邻域U(ω10)⊂U(p 0)内, 由方程F=0, 能唯一确定隐函数f(ω1)=⎥⎦⎤⎢⎣⎡z u =⎥⎦⎤⎢⎣⎡),,(),,(v y x z v y x u . (2)令ω3=(x,y,z)T , ω4=(u,v)T , 则det F ’ω4(ω3,ω4)≡0,∴不能判断确定x,y,z 为自变量,u,v 为因变量的隐函数组. (3)由(1)所设, 有f ’(ω1)=-[F ’ω2(ω1,ω2)]-1F ’ω1(ω1,ω2), 即f ’(ω1)=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂v z yz xzv u y uxu =⎥⎦⎤⎢⎣⎡'''+'+''-'-⎥⎦⎤⎢⎣⎡''-'+'+'+--0)(0)(13212113321y x z g g f f f u f f g f f f f v =⎥⎦⎤⎢⎣⎡'''+'+''-'-⎥⎦⎤⎢⎣⎡'+'+'+''∆-0)()(101321213213y x zg g f f f u f f f f f v f g =⎪⎪⎭⎫⎝⎛'+'+'+''+'+'+''+'+''''+''-''+''-∆-0)](1[)](1[)(1321321321323f f f v g f f f v g f f f g u g f g f g f g f y x z y z x z . 其中△=g ’z [1+v(f ’1+f ’2+f ’3)].∴xu ∂∂=∆''-''x z g f g f 3; y u ∂∂=∆''-''y z g f g f 32,v u ∂∂=∆'+'+''-)(321f f f g u z .4、设f(x,y)=(e x cosy,e x siny)T . 证明:(1)当(x,y)∈R 2时, det f ’(x,y)≠0, 但在R 2上f 不是一一映射; (2)f 在D={(x,y)|0<y<2π}上是一一映射,并求(f -1)’(0,e). 证:(1)当(x,y)∈R 2时, det f ’(x,y)=ye ye y e y e x x x x cos sin sin cos -=e 2x ≠0,令v=(x,y)T , 取v 1=(0,0)T , v 2=(0,2π)T , v 1≠v 2, 而f(v 1)=f(v 2)=[1,0]T , ∴f 在R 2上不是一一映射.(2)当(x,y)∈D={(x,y)|0<y<2π}时, 令v=(x,y)T, 而u=f(v)=⎥⎦⎤⎢⎣⎡y e y e x x sin cos .取v 1=(x 1,y 1)T , v 2=(x 2,y 2)T , 且x 1≠x 2, y 1≠y 2, 若有f(v 1)=f(v 2), 即e x1cosy 1=e x2cosy 2且e x1siny 1=e x2siny 2, 则有21x x e e =12cos cos y y =12sin sin y y , 从而有11cos sin y y =22cos sin y y , 即tany 1= tany 2, 由正切函数的周期性知|y 1-y 2|=π, 因此知cosy 1与cosy 2异号, 即不可能有21x x ee =12cos cos y y , ∴f(v 1)≠f(v 2),即f 在D 上一一映射.又f 在D 上可微, f ’连续,∴存在可导函数并求f -1:V →D, 其中V=f(D),则(f -1)’(u)=[f ’(v)]-1=1cos sin sin cos -⎥⎦⎤⎢⎣⎡-y e y e y e y e xx xx =⎥⎦⎤⎢⎣⎡-y e y e y e y e e x x x x x cos sin sin cos 12. 又e2x=u 12+u 22, e x cosy=u 1, e x siny=u 2,∴(f -1)’(u)=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+122122211u u u u u u , 从而(f -1)’(0,e)=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-0110ee .5、计算下列函数反函数的偏导数:u x ∂∂,v x ∂∂,u y ∂∂,vy ∂∂.(1)(u,v)T =Tx y x x y x ⎪⎭⎫ ⎝⎛sin ,cos ;(2)(u,v)T =(e x +xsiny,e x -xcosy)T . 解:令s=(u,v)T , t=(x,y)T , s=f(t), 则有(f -1)’(s)=[f ’(t)]-1, 即 (1)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂v y u y v x u x =1cos cos sin sin sin cos -⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--+x y x y x y x y x y x y x y x y =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-x y x y x y x y x y x y x y x y sin cos sin cos sin cos =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⋅-⋅+u u v v v u v u v u v u arctan arctan 122. ∴u x ∂∂=22v u u +,v x ∂∂=22v u v +,u y ∂∂=22arctan v u v u v u +-⋅,v y ∂∂=22arctan vu u u v v ++⋅. (2)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂∂∂v y u y v x u x =1sin cos cos sin -⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+y x y e y x y e x x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--+-x x x x e y e y y x y x y e y e x sin cos cos sin )1cos sin (1. ∴u x ∂∂=1cos sin sin +-y e y e y x x , v x ∂∂=1cos sin cos +--y e y e y x x , u y ∂∂=)1cos sin (cos +--y e y e x e y x x x , v y ∂∂=)1cos sin (sin +-+y e y e x e y x x x .6、设D ⊂R n 为开集, φ, ψ:D →R, f: D →R 2且f(x)=[φ(x),φ(x)ψ(x)]T , x ∈D. 证明:在满足f(x 0)=0的点x 0处, rank f ’(x 0)<2. 但是由方程f(x)=0仍可能在点x 0的邻域内确定隐函数g: E →R 2, E ⊂R n-2, n>2.证:由f(x 0)=0, 得φ(x 0)=0, φ(x 0)ψ(x 0)=0, 依定理23.9求导公式得f ’(x 0)=⎥⎦⎤⎢⎣⎡'+''+''')()()()()()()()()()(0000000000111x x x x x x x x x x nn nx x x x x x ψϕψϕψϕψϕϕϕΛΛ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡'''')()()()()()(00000011x x x x x x nnx x x x ψϕψϕϕϕΛΛ. 设f 在的导数矩阵两行线性相关,则rank f ’(x 0)<2.但f(x)=0仍可能在点x 0的邻域内确定隐函数g: E →R 2, E ⊂R n-2, n>2. 例如φ(x 1+x 2+x 3-x 4)=x 1+x 2+x 3-x 4, ψ(x)=(x 1-x 32-x 2x 4), 则f(x)=[φ(x),φ(x)ψ(x)]T =[x 1+x 2+x 3-x 4,(x 1+x 2+x 3-x 4)(x 1-x 32-x 2x 4)]T ,取x 0=(0,0,0,0)满足f(x 0)=0, 能由方程f(x)=0确定函数g(x 1,x 3)=Tx x x x x x x x x ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-++2233223223221,1.7、设D ⊂R n 为开集, f: D →R n , 证明:当满足条件(1)f 在D 上可微,且f ’连续;(2)当x ∈D 时, det f ’(x)≠0. 则f(D)是开集. 证:对任一y 0∈f(D), 存在x 0∈D, 使y 0=f(x 0), 依定理23.17, 存在邻域U(x 0)⊂D, 使f 在U 上一一映射, 存在反函数f -1: V →U(V=f(U)), 且(f -1)’在V 上连续, x 0=f -1(y 0). 由开集U ⊂D, 取ε>0, 使U(x 0,ε)⊂U, 又 (f -1)’在V 上连续知f -1(y)在y 0连续, ∴存在δ>0, 当y ∈U(y 0,δ)时, f -1(y)∈U(x 0,ε)⊂D, 于是U(y 0,δ)⊂f(D), 可见y 0是f(D)的点,由y 在f(D)上的任意性知f(D)为开集.8、设D,E ⊂R n 为开集, f: D →E 与f -1: E →D 互为反函数. 证明:若f 在x ∈D 可微, f -1在y=f(x)∈E 可微, 则f ’(x)与(f -1)’(y)为互逆矩阵. 证:依定理23.13, 复合函数h=f -1◦f: D →D 在x 可微,且h ’(x)=(f -1◦f)’(x)=(f -1)’(y)f ’(x), 把h(x)=(f -1◦f)(x)看作以下两个变换的复合:(x 1,x 2,…,x n )↦(y 1,y 2,…,y n )↦(x 1,x 2,…,x n ), 则有(f -1)’(y)f ’(x)=h ’(x)=n nx x x x x x ∂∂∂∂∂∂0000000000002211ΛΛΛΛΛ=I. ∴f ’(x)与(f -1)’(y)为互逆矩阵.9、对n 次多项式进行因式分解P n (x)=x n +a n-1x n-1+…+a n =(x-r 1)…(x-r n ). 从某种意义上说,这也是一个反函数问题. 因为多项式的每个系数都是它的n 个根的已知函数,即a i =a i (r i ,…,r n ), i=0,1,…,n-1.要求得到用系数表示的根,即r j =r j (a 0,a 1,…,a n-1),j=1,2,…,n. 试对n=2与n=3两种情形,证明:当方程P n (x)=0无重根时, 函数组 a i =a i (r i ,…,r n ), i=0,1,…,n-1存在反函数组r j =r j (a 0,a 1,…,a n-1),j=1,2,…,n. 证:(1)当n=2时, P 2(x)=x 2+a 1x+a 0=(x-r 1)(x-r 2)=x 2-(r 1+r 2)x+r 1r 2.则有函数组a 1=-(r 1+r 2), a 0=r 1r 2. ),(),(2101r r a a ∂=1211r r --=r 2-r 1≠0(r 1≠r 2). 当r 1≠r 2时一切点偏导连续, 依定理18.5上述函数组确定反函数组: r 1=2)40211a a a -+-, r 2=2)40211a a a ---.(2)当n=3时,P 3(x)=x 3+a 2x 2+a 1x+a 0=(x-r 1)(x-r 2)(x-r 3)=x 3-(r 1+r 2+r 3)x 2+(r 1r 2+r 2r 3+r 3r 1)-r 1r 2r 3. 则有函数组a 2=-(r 1+r 2+r 3), a 1=r 1r 2+r 2r 3+r 3r 1, a 0=-r 1r 2r 3.),,(),,(321012r r r a a a ∂=213132213132111r r r r r r r r r r r r ---+++---≠0 (r 1,r 2,r 3互不相等时).在r1,r2,r3互不相等时,一切点上偏导连续, 依定理18.5确定反函数组:r1=r1(a2,a1,a0), r2=r2(a2,a1,a0), r3=r3(a2,a1,a0).。

复变函数的罗尔定理及其推论

复变函数的罗尔定理及其推论

复变函数的罗尔定理及其推论
罗尔定理,也叫反函数定理,源于罗尔(Lloyd)在1932年第一次提出,是在数学上有关复变函数的一种重要定理,是函数的一种重要概念。

罗尔定理揭示了复变函数的对称性,主要用于解决复函数的特征和性质。

罗尔定理,一般用五个表达式定义如下:数学上x为复变函数关于直角坐标系的图像。

其中,定义域为:D={(x,y)},D是原函数的域,反函数关于X轴对称反函数为fY={(fx,y)},当fx在fX内,则fY为反函数。

那么根据罗尔定理,D=fY。

另外,罗尔定理也提出了反函数的两重性质。

一是反函数一定是复变函数,其次它在定义域的关系是反的,用文字来说就是反函数关系的映射是反的。

罗尔定理的定义为研究复变函数提供了重要的观点,给后续复变函数的理论提供了基础。

在推导复变函数关系时,要注意反函数定理中定义域和值域之间转换的关系。

如果把反函数定理的定义转变为复变函数的式子,可以解决许多复变函数的计算问题。

此外,罗尔定理还提供了复变函数的特殊性,如一个复变函数的反函数正好是另一个复变函数的反函数的情况。

罗尔定理是复变函数的重要定理,也是数学上一种有趣的概念。

对于复变函数的深入研究,它就非常重要,可以帮助我们更好地理解复变函数并给出解决问题的技巧。

2[1][1].4.3-5_反函数、复合函数求导法则及基本求导公式

2[1][1].4.3-5_反函数、复合函数求导法则及基本求导公式

例 解:
设函数 y = 3
cos 2 ( x sin x 2 )
, 求 y′ .
y′ = 3
cos 2 ( x sin x 2 )
ln 3
⋅ 2 cos(x sin x2 ) ⋅ (− sin(x sin x2 ))
⋅ (sin x 2 + x cos x 2 ⋅ 2 x).
课内练习
求下列函数的导数: 求下列函数的导数:
(arctan x )′ = 1 1 + x2
(e x )′ = e x
1 (ln x )′ = x (cos x )′ = − sin x (cot x )′ = − csc 2 x (csc x )′ = − csc x cot x 1 (arccos x )′ = − 1 − x2 1 ′=− (arc cot x ) 1 + x2
tan
2
(2) y =
x
y′ =
2 x tan 2 x − x 2 2 tan x sec 2 x tan 4 x 2 − 2x . = tan x
(3) y = sin2 ( x cosx)
y′ = 2sin(x cos x)(x cos x)′
= 2 sin(x cos x)(cosx + x sin x)
dy 例: y = arctan x , 求 . 设 dx
解: 函数 y = arctan x 的反函数是 x = tan y ( −
dx = (tan y )′y= sec 2 y > 0. dy
π
2
< y<
π
2
).
1 1 dy 1 1 . = = = = 2 2 2 dx dx sec y 1 + tan y 1+ x dy

反函数定理

反函数定理

反函数定理在数学中,反函数定理给出了向量值函数在含有定义域中一点的开区域内具有反函数的充分条件。

该定理还说明了反函数的全导数存在,并给出了一个公式。

反函数定理可以推广到定义在流形上、以及定义在无穷维巴拿赫空间(和巴拿赫流形)上的映射。

定义设M与N为n维光滑流形,U为M的开集,f:U→N为光滑映射。

若f在p∈U有极大阶,则存在p的邻域V,使得限制f:V→f(V)为微分同胚。

简介反函数定理说明如果从Rn的一个开集U到Rn的连续可微函数F 的全导数在点p可逆(也就是说,F在点p的雅可比行列式不为零),那么F在点p的附近具有反函数。

也就是说,在F(p)的某个邻域内,F的反函数存在。

而且,反函数F-1也是连续可微的。

在无穷维的情况中,需要弗雷歇导数在p附近具有有界的反函数。

最后,定理说明这个公式还可以从链式法则推出。

链式法则说明,如果G和H是两个函数,分别在H(p)和p具有全导数,那么:J(G∘H)(P)=JG(H(P))*Jh(P)设G为F,H为F-1,(G∘H)就是恒等函数,其雅可比矩阵也是单位矩阵。

在这个特殊的情况中,上面的公式可以对Jf-1(F(p))求解。

注意链式法则假设了函数H的全导数存在,而反函数定理则证明了F-1在点p具有全导数。

F的反函数存在,等于是说方程组yi = Fj(x1,...,xn)可以对x1,...,xn求解,如果我们把x和y分别限制在p和F(p)的足够小的邻域内。

这个公式还可以从链式法则推出。

链式法则说明,如果G和H是两个函数,分别在H(p)和p具有全导数,那么:J(G∘H)(P)=JG(H(P))*Jh(P)设G为F,H为F-1,(G∘H)就是恒等函数,其雅可比矩阵也是单位矩阵。

在这个特殊的情况中,上面的公式可以对Jf-1(F(p))求解。

注意链式法则假设了函数H的全导数存在,而反函数定理则证明了F-1在点p具有全导数。

F的反函数存在,等于是说方程组yi = Fj(x1,...,xn)可以对x1,...,xn求解,如果我们把x和y分别限制在p和F(p)的足够小的邻域内。

多元函数的反函数求导定理 解释说明

多元函数的反函数求导定理 解释说明

多元函数的反函数求导定理解释说明1. 引言1.1 概述在数学分析领域中,多元函数的研究是重要的内容之一。

而在多元函数的分析研究中,反函数求导定理是一个十分关键的定理。

它为我们提供了求解多元函数反函数导数的方法和工具,从而在实际问题中更好地应用和理解多元函数。

1.2 文章结构本文将对反函数求导定理进行详细介绍和说明。

首先,在第2节中,我们将介绍多元函数与反函数之间的关系,并探讨反函数的定义与性质。

接下来,在第3节中,我们将详细证明反函数求导定理,并对其证明步骤进行具体分析。

在第4节中,我们将通过举例应用来展示反函数求导定理的实际操作,并深入探讨复杂多元函数的应用情况。

最后,在第5节中,我们将总结反函数求导定理的要点和核心思想,并探讨可能存在的进一步研究和应用问题。

1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解并掌握反函数求导定理及其应用方法。

通过对该定理的介绍和证明过程的详细解释,读者能够更加深入地理解多元函数的反函数导数求解过程,并能够熟练应用于实际问题中。

同时,本文也将为读者展示反函数求导定理的广泛适用性和重要性,引发对相关领域更深入研究和探索的兴趣和思考。

2. 反函数求导定理的介绍2.1 多元函数与反函数的关系在数学中,我们常常研究多元函数,即以多个变量为自变量的函数。

对于一个多元函数f(x1, x2, ..., xn),我们有时候希望找到一个与之对应的反函数,记作f^(-1)。

反函数可以看作是将自变量和因变量进行交换的操作。

具体而言,对于一个给定的y值,如果存在一组x值满足f(x) = y,则这组x值就唯一地对应着一个y值,并且可以称为f^(-1)(y)。

2.2 反函数的定义与性质给定一个单调连续可导的多元函数f,如果存在其反函数f^(-1),则可以通过以下定义来确定它:对于任意y ∈值域(f),若存在一组x ∈定义域(f) 使得f(x) = y,那么这组x 唯一地确定了一个与之对应的y值。

根据这个定义,我们可以得出以下性质:- f 和f^(-1) 是互逆函数:即f(f^(-1)(y)) = y 和f^(-1)(f(x)) = x 对于所有x 和y 成立。

反函数常用知识点总结

反函数常用知识点总结

反函数常用知识点总结一、函数的定义及性质回顾1. 函数的定义:设A、B是非空集合,如果按照某种确定的对应关系f,对于集合A的每一个元素x,都有唯一确定的元素y与之对应,则称f是从A到B的一个函数,记作f:A→B。

2. 反函数的定义:设f:A→B是一个函数,如果对于每个y∈B,都存在唯一的x∈A,使得f(x)=y,那么就称f的反函数。

二、反函数的求解方法1. 基本方法:设f(x) = y,则反函数为x = f^(-1)(y)。

2. 对称法则:交换x和y,即将f(x) = y改写为f^(-1)(y) = x。

三、反函数的性质1. 定理1:若f是从A到B的一对一函数,则它的反函数存在且也是从B到A的一对一函数。

证明:由f是一对一函数,对于每个y∈B,恰有一个x∈A使得f(x)=y。

令x=f^(-1)(y),则有f(x)=y,由此可知f^(-1)(y)=x。

因此,f^(-1)(y)是从B到A的一对一函数。

2. 定理2:若f是从A到B的一个函数,并且f^(-1)是从B到A的一对一函数,则f是一个一对一函数。

证明:设f(x₁)=f(x₂),则有f^(-1)(f(x₁))=f^(-1)(f(x₂)),即x₁=x₂。

因此,f是一个一对一函数。

3. 定理3:若f是从A到B的一个函数,并且f^(-1)是从B到A的一个一对一函数,则f^(-1)是从B到A的满射。

证明:设y∈B,由f^(-1)是一对一函数可知,存在一个唯一的x∈A使得f^(-1)(y)=x。

因此,f^(-1)是从B到A的满射。

四、反函数的图像及定义域、值域的关系1. 反函数的图像:反函数f^(-1)的图像是由函数f的图像关于直线y=x作镜像而成的。

2. 定义域和值域的关系:设f:A→B是一个函数,则f的定义域是A,值域是f(A)。

而f的反函数f^(-1)的定义域是B,值域是f^(-1)(B)。

五、反函数与反比例函数的关系1. 反比例函数的性质:反比例函数y=k/x的反函数是y=k/x。

数学分析 反函数定理

数学分析 反函数定理

逆映射的进一步可微性质
(第七步: 逆映射是 Ck 的)
由第六步可知
Jh(y ) = Jf (h(y )) −1, ∀ y ∈ V .
(4)
由 f ∈ Ck 知 Jf ∈ Ck−1. 由 (4) 可推出 Jh 连续, 即 h ∈ C1. 再由 Jf ∈ Ck−1, h ∈ C1 及 (4) 可推出 Jh ∈ C1 即 h ∈ C2. 依次类推, 最后我们就得到 h ∈ Ck .
证明. (第一步: 化简) 不失一般性, 可设 x0 = 0, y 0 = 0. 以 L 记 f 在 x0 = 0 处的微分, 则 L 可逆, 且 L−1 ◦ f 在 x0 处的微分为恒同映射. 如果欲证结论对 L−1 ◦ f 成立, 则对 f 也成立. 因 此, 不妨从一开始就假设 Jf (x0) = In. 在 x0 = 0 附近, f 是恒同映射的小扰动:
1
g(x1) − g(x2)
≤ 2
x1 − x2
,
∀ x1, x2 ∈ Bδ(0).
拟微分中值定理的用处
(第二步: 用拟微分中值定理做估计) 扰动项 g(x) = f (x) − x 为 Ck 映射, Jg(0) = 0. 因此, 存在 δ > 0 使得
由拟微分中值定理可知
1
Jg (x )
≤, 2
i原来的向量值函数可以看成是微分的扰动如果微分可逆有理由相信原来的向量值函数也可逆
数学分析(二): 多元微积分
梅加强 副教授 南京大学数学系
内容提要:
2.5 反函数定理
2.5 反函数定理
内容提要: 多元函数的反函数定理;
2.5 反函数定理
内容提要: 多元函数的反函数定理; 体会拟微分中值定理的用处;

反函数存在性定理

反函数存在性定理

反函数存在性定理
反函数存在性定理体现了数学界对函数的认知。

无论函数如何复杂,只要满足
一定函数定义,反函数就存在。

换句话说,所有函数都可以看作一个数学实体,只要改变这个实体的定义,它就成为另一个函数。

这种理论可以被称为反函数存在性定理。

反函数存在性定理在数学领域具有重要意义,它表明函数是一种相当有限的数
学实体,而不是一种什么都可以的实体。

从函数的定义和定理中可以看出,函数的变化和类型是有限的,而不是无限的,只有找到一种定义方式,才能使函数存在。

因此,反函数存在性定理可以说是建立在假定之上,它着力解决了函数存在性问题。

在高等教育领域,反函数存在性定理也发挥着重要作用。

高等教育的主要目的
是培养具有创新能力的人才。

此时,反函数存在性定理起着极为重要的作用,因为它使学生深入理解函数的变化规律,进而拓宽函数应用范围。

掌握反函数存在性定理,可以教会学生在某一范围内去寻找反函数,从而使学生在理解和运用函数方面有所突破。

另外,反函数存在性定理可以帮助学生理解函数的定义和规律,教会学生如何准确表达和描述函数,从而培养学生的创新能力。

总之,反函数存在性定理的重要性不言而喻,它的出现既加深了我们对函数的
理解,也有助于我们拓宽函数的应用,在高等教育领域中也发挥着不可忽视的作用。

x的反函数

x的反函数

x的反函数第一个反函数,就是把原来的函数写成反函数形式。

那么,下面我们就来谈谈反函数的定义:两个变量y=kx,它们的关系不是传递的,就称y是x的反函数。

7、向量值( X, Y)=X^2-8X-Y。

或X^2-8X+Y=0(点乘后的两个值相等)(这里的意思是说:对于某一个向量x,当它的坐标值变为横坐标y时,所有原先的向量值也都要变为横坐标。

注意:两个向量并非就完全重合了!如向量与向量垂直,只是因为他们的方向相同)。

两向量垂直(即它们的坐标相等)时,它们的夹角为0度,设向量A 为( X, Y),向量B为( A, Y)。

而向量与向量垂直时,则其夹角为90度。

那么,向量与向量的夹角就可以从向量值和向量值的大小比较出来,在做题时,可根据向量值的大小找出相应的向量来进行计算,即可得出答案。

也可以通过这种方法来检查自己所作的题是否正确。

8、反三角形的底边长度定理,就是利用上述定理来求反函数的定义域。

9、实数集中,每一个非零数均可以用它的绝对值唯一地表示出来,这个性质称为“绝对值”定理。

10、设y=kx,则kx可以表示成x^2-4y-1或x^2-3y+5,其中k可以取0, 1, 2, 3,…。

11、定义域中包含零的任意有理数,它的绝对值都等于零,记为Q。

12、用实数集中的数表示的函数,叫做实数集的代数闭包。

13、由R的单调性所知,对任何x∈R,若a(x) > 0,则a(x)≥0,记为an≥0,即存在一个自变量a,使得a(x) ≥0,对x∈R成立。

14、实数集是代数闭包,记为R,代数闭包内的每一个点都是实数。

15、 R上的自然数N( n)称为R的子数集, R的子数集中元素个数最多的,称为R的极大子数集;反之,称为R的极小子数集。

16、一个非空集合C和一个集合D,如果C关于D中任何一点x都有定义,那么这两个集合就叫做等价的。

17、如果n是任意自然数, N是任意整数,A是任意有限集合,则n是A的子集。

反函数求导定理的变体

反函数求导定理的变体

反函数求导定理的变体
反函数求导定理:
1. 什么是反函数求导定理?
反函数求导定理是一种利用反函数来求解泰勒级数展开方法求解导数的定理。

其基本原理是:如果存在一个函数y = f(x),且f(x)的反函数为x = g(y),则函数y=f(x)的导数,可用以下公式求得:
f'(x) = g'(f(x))*f'(x)
2. 反函数求导定理的应用
反函数求导定理用于求解函数的导数,主要有以下几种应用:
(1)求指数函数或对数函数的导数:由于指数函数可以表示为y = f(x) = a^x,其中a为正数,而该反函数求导定理可用于求解a^x的导数。

(2)求反三角函数的导数:由于反三角函数可以表示为y=f(x) = sin^(-1)x,其中x为单位圆上的点,该反函数求导定理可用于求解该函数的导数。

(3)求三角函数的反函数的导数:三角函数的反函数可表示为
y=f(x)=arcsin x,其中x为单位圆上的点,而反函数求导定理也可用于求解该函数的导数。

(4)求复杂函数的导数:由于复杂函数通常无法进行链式求导,因此焊锡反函数求导定理可用于求解该类复杂函数的导数。

3. 反函数求导定理的优势
反函数求导定理有许多优势,其中一些主要优势如下:
(1)能够用简单的公式求解复杂函数的导数。

(2)可以节省大量的时间。

(3)可以用于求解不可表示为复合函数表达式的导数。

(4)可以快速求解线性函数的导数。

(5)可以方便地求解三角形或复杂函数的导数。

二、反函数的求导法则

二、反函数的求导法则

dy dy dy ′(u)⋅ g′(x) 或 = ⋅ du . =f dx dx du dx 简要证明 假定u=ϕ(x)在x的某邻域内不等于常数, 则∆u≠0, 此时有
dy ∆y ∆y ∆u = lim = lim ⋅ dx ∆x→0 ∆x ∆x→0 ∆u ∆x ∆y ∆u = f ′(u)g′(x) = lim ⋅ lim . ∆u→0 ∆u ∆x→0 ∆x
(1) (C)′=0, (2) (xµ)′=µ xµ−1, (3) (sin x)′=cos x, (4) (cos x)′=−sin x, (5) (tan x)′=sec2x, (6) (cot x)′=−csc2x, (7) (sec x)′=sec x⋅tan x, (8) (csc x)′=−csc x⋅cot x, (9) (a x)′=a x ln a, (10) (e x)′=ex,
1 = 1 = 1 = 12. (tan y)′ sec2 y 1+ tan2 y 1+ x (arccot x)′=− 1 2 . 类似地有: 1+ x (arctanx)′ =
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三、复合函数的求导法则
定理3 如果u=g(x)在点x可导, 函数y=f(u)在点u=g(x)可导, 则复合 函数y=f[g(x)]在点x可导, 且其导数为
dy dy du = ⋅ 或 y′(x)=f ′(u)⋅g′(x), 其中 y=f(u), u=g(x). dx du dx
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例12 求双曲正弦sh x与双曲余弦ch x的导数. 解 因为sh x = 1 (ex −e−x) , 所以 2 (sh x)′ = 1 (ex −e−x)′ = 1 (ex +e−x) ch x , )= 2 2 即 (sh x)′=ch x. 类似地, 有 (ch x)′=sh x. 例13 求双曲正切th x的导数. 解 因为th x = sh x , 所以 ch x ch2x−sh2x = 1 (th x)′ = . 2x 2x ch ch

反函数存在定理

反函数存在定理

反函数存在定理
反函数定理是数学中一个著名的定理,它被称为难得的宝藏,是数学的灵魂之所在。

反函数定理主要描述的是:任何运算后具有唯一结果的函数,都有其相对应的反函数,而且得到这个反函数也是唯一的。

其实,反函数定理被应用到了我们日常生活中广泛的科技中,比如无线链接、全球定位、五维标注系统。

它们通过将时空穿梭反转来实现快速通信或者即时数据传输,而这种高精度、高实时性的服务背后,正是反函数定理的运用。

另外,反函数定理在加密技术中也有着重要的作用,比如把任意的密钥、密码以及信息通过反函数处理进行安全加密,来保护数据得到完整性和可靠性,而这些加密技术正是反函数定理所为我们带来的。

总的来说,反函数定理的影响和作用不可低估,它是数学之灵魂,也是信息化社会时代科技发展的基础。

面对它,无论是数学界还是科技界,我们都必须深刻学习反函数定理,共同出发,共同探索,以利用它来更好地为广大用户服务,为信息社会作出更大的贡献。

闭区间连续函数的四个定理

闭区间连续函数的四个定理

闭区间连续函数的四个定理在数学中,闭区间连续函数的四个定理是许多计算问题和研究的基础。

这四个定理包括:介值定理、零点定理、单调性定理和反函数定理。

这篇文章将会介绍这四个定理并提供例子解释。

一、介值定理介值定理(Intermediate Value Theorem)也叫连通性定理,指的是在一个区间内连续函数可以取到该区间内任意两个值中间的所有值。

具体来说,设有一个区间 $[a,b]$ 和函数 $f(x)$ 在该区间内连续,若 $f(a) < y < f(b)$ 或 $f(b) < y < f(a)$,则必有一点 $c \in [a,b]$ 使得 $f(c) = y$。

例如,考虑函数 $f(x) = x^2 - 2$,它在区间 $[0,2]$ 内连续。

根据介值定理,由于 $f(0) = -2$,$f(2) = 2$,那么在区间 $[0,2]$ 内必然存在一个数 $c$,使得 $f(c) = 0$。

这个数就是 $\sqrt{2}$ 或 $-\sqrt{2}$。

二、零点定理三、单调性定理单调性定理(Monotonicity Theorem)指的是如果一个区间内的连续函数在该区间内单调,则它在该区间内的零点唯一。

具体来说,设有一个区间 $[a,b]$ 和函数 $f(x)$ 在该区间内连续并且单调,那么$f(x) = 0$ 在该区间内最多只有一个解。

四、反函数定理例如,考虑函数 $f(x) = \sin x$,它在区间 $[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}]$ 内连续并且单射。

根据反函数定理,它有一个连续的反函数 $g(x)$,使得 $g(\sin x) =x$ 和 $\sin g(x) = x$,并且 $g(x)$ 在区间 $[-1,1]$ 内连续。

这个反函数可以通过解$\sin y = x$ 或 $\arcsin x = y$ 求得,等价于 $y = \arcsin x$,它的定义域是 $[-1,1]$,值域是 $[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}]$,并且在该区间内连续。

反函数求导定理的变体

反函数求导定理的变体

反函数求导定理的变体反函数求导定理指的是,如果一个函数y=f(x)的求导结果是另一个函数g(x),则另一个函数g(x)的求导结果与原函数y=f(x)相同。

在数学领域,这一定理是极为重要的,因此又被称为“反函数求导”定理,也在众多教材中提及过。

反函数求导定理的变体是指根据这一定理,当一个函数y=f(x)的导数为g(x)时,可以使用另外一种方式求出y=f(x)的求导结果。

这种方式就是使用反函数求导定理的变体,也可以称为I(x),其中I(x)是g(x)的反函数。

在实际应用中,反函数求导定理的变体一般用来求解椭圆曲线、抛物线和参数方程等函数求导问题。

由于反函数法比普通求导方法具有更简洁的特点,使得反函数求导定理的变体在求解函数求导问题中被广泛使用。

1、求解椭圆曲线的反函数求导定理的变体椭圆曲线的函数表达式为:y = f(x) = a * x^2 + b * x + c。

其中a,b,c为常数。

要求函数f(x)的导数g(x),只需将上述函数整体乘以2a,可得g(x)=2a*x + b,此时我们就可以使用反函数求导定理的变体。

将反函数求导定理的变体应用到椭圆曲线,有:f(x) = 2a * I(x) + b,其中I(x)是g(x)的反函数,即I(x) = (x - b)/ 2a。

因此,可以得到:f(x) = (x - b)^2 /2a,即椭圆曲线的函数表达式。

2、求解抛物线的反函数求导定理的变体抛物线的函数表达式为:y = f(x) = a * x^2 + b * x + c。

其中a,b,c为常数。

要求函数f(x)的导数g(x),只需将上述函数整体乘以2a,可得g(x)=2a*x + b,此时我们就可以使用反函数求导定理的变体。

将反函数求导定理的变体应用到抛物线,有:f(x) = 2a * I(x) + b,其中I(x)是g(x)的反函数,即I(x) = (x - b)/ 2a。

因此,可以得到:f(x) = a * (x - b)^2 + c,即抛物线的函数表达式。

反函数的条件

反函数的条件

反函数存在的条件
一函数f若要是一明确的反函数,它必须是一双射函数,即:(单射)陪域上的每一元素都必须只被f映射到一次:不然其反函数将必须将元素映射到超到一个的值上去。

(满射)陪域上的每一元素都必须被f映射到:不然将没有办法对某些元素定义f的反函数。

反函数存在定理:
定理:严格单调函数必定有严格单调的反函数,并且二者单调性相同。

在证明这个定理之前先介绍函数的严格单调性。

设y=f(x)的定义域为D,值域为f(D)。

如果对D中任意两点x1和x2,当x1\u003cx2时,有
y1\u003cy2,则称y=f(x)在D上严格单调递增;当x1y2,则称y=f(x)在D上严格单调递减。

证明:设f在D上严格单增,对任一y∈f(D),有x∈D使f(x)=y。

而由于f的严格单增性,对D中任一x'y。

总之能使f(x)=y的x只有一个,根据反函数的定义,f存在反函数f-1。

任取f(D)中的两点y1和y2,设y1\u003cy2。

而因为f存在反函数f-1,所以有x1=f-1(y1),x2=f-1(y2),且x1、x2∈D。

若此时x1≥x2,根据f的严格单增性,有y1≥y2,这和我们假设的y1\u003cy2矛盾。

因此x1\u003cx2,即当y1\u003cy2时,有f-1(y1)\u003cf-1(y2)。

这就证明了反函数f-1也是严格单增的。

如果f在D上严格单减,证明类似。

反函数组定理证明

反函数组定理证明

反函数组定理证明反函数组定理属于微积分的一个分支——函数的逆性。

要证明反函数组定理,需要先了解什么是函数的逆性,什么是反函数。

函数的逆性是指,在函数的定义域中每个唯一值对应一个唯一的值域,而在值域中,每一个唯一值也对应一个唯一的定义域。

这种对应关系可以表示为:y = f(x); x = f^(-1)(y)其中,y是函数的值域,x是函数的定义域,f(x)是函数的值,f^(-1)(y)是函数的逆。

反函数指的是一个由函数f(x)逆转来的新函数,记作f^(-1)(x),其定义域是函数f(x)的值域,而值域是函数f(x)的定义域。

反函数组定理表述如下:如果函数f(x)在定义域-∞ < x < +∞上具有单调性和连续性,并且存在反函数f^(-1)(x),则有:(f^(−1))′(y) = 1/f′(f^(−1)(y))其中,f’(x)是函数f(x)在点x处的导数。

现在,我们来证明反函数组定理。

证明:令y = f(x),则x = f^(-1)(y)。

考虑在x = x0处的导数,根据导数定义可知:(f^(−1))′(y) = lim Δy→0 [f^(-1)(y+Δy) − f^(-1)(y)]/Δy由于x0 = f^(-1)(y),所以[f^(-1)(y+Δy) − f^(-1)(y)]/Δy = f^(-1)(y+Δy) − x0]/Δy注意到根据反函数的定义,有f^(-1)[f(x)] = x。

因此,f^(-1)(y+Δy) − x0 = f^(-1)[f(x0+Δx)] − f^(-1)[f(x0)]根据反函数的定义,f^(-1)[f(x0)] = x0,因此f^(-1)[f(x0+Δx)] = x0+Δxf^(-1)(y+Δy) − x0 = Δx代入上式,得到:(f^(−1))′(y) = lim Δy→0 Δx/Δy现在,我们来考虑另外一个角度。

由于函数f(x)在点x0处连续,对于任意的y = f(x0) + Δy,都可以找到一个x1,使得f(x1) = f(x0) + Δy。

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Abstract In the hypthesis that f is analytic, Smale gave an estimation of the size of the radius of the ball in which the inverse function exists, by using the criterion α. In this paper we not only make this estimation more precise, but also weaken the hypothesis to the second continuous differentiable. Keywords Banach space, The inverse function theorem, α-criterion 1991 MR Subject Classification 58C15, 46E15 Chinese Library Classification O177.91
B f (x0 ), α0 f (x0 )−1 ∩ f (B (x0 , r2 (α0 ))\B (x0 , r1 (α0 ))) = ∅,
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