题目内容
【题目】设函数
的反函数为
,若存在函数
使得对函数
定义域内的任意
都有
,则称函数
为函数
的“Inverse”函数.
(1)判断下列哪个函数是函数
的“Inverse”函数并说明理由.
①
;②
;
(2)设函数
存在反函数
,证明函数
存在唯一的“Inverse”函数的充要条件是函数
的值域为
;
(3)设函数
存在反函数
,函数
为
的一个“Inverse”函数,记
,其中
,若对函数
定义域内的任意
都有
,求所有满足条件的函数
的解析式.
【答案】(1)②是函数f(x)=log2x的“Inverse”函数,理由见解析;(2)证明见解析;(3)
.
【解析】
(1)分别判断①和②是否满足
即可得到结果;
(2)先证充分性,若函数
的值域为
,设其定义域为D,则函数
的定义域为
,值域为D, 令
,
,判断是否满足
,证明其存在性,再设函数
和
都为函数
的“Inverse”函数且不相同,利用反证法证明唯一性;再证必要性,若函数
存在唯一的“Inverse”函数,同样利用反证法,假设函数
的值域为
,令
,
,通过证明函数
和
都为函数
的“Inverse”函数且不相同,这与唯一性矛盾,从而得证;
(3)由(2)知,
是
的一个“Inverse”函数,易得,
,即
,根据一一对应的性质可得
,所以
.
(1)易得
,对于①,
,故①不是,
对于②,
,故②是函数
的“Inverse”函数;
(2)先证充分性,若函数
的值域为
,设其定义域为D,
则函数
的定义域为
,值域为D,
令
,
,
则对任意
都有,
,
故函数
为函数
的“Inverse”函数,存在性得证;
设函数
和
都为函数
的“Inverse”函数且不相同,
则存在
,
,
,且
,因为
的值域为
,
故存在
,使得
,即
,
,
则
,矛盾,故唯一性得证.
所以函数
存在唯一的“Inverse”函数.
再证必要性,若函数
存在唯一的“Inverse”函数,
即存在唯一的函数
满足
,下面用反证法证明必要性.
假设函数
的值域为
,
令
,
,
则对任意
都有,
,
且
,
,
函数
和
都为函数
的“Inverse”函数且不相同,这与唯一性矛盾,
所以函数
的值域为
,必要性得证.
综上,函数
存在唯一的“Inverse”函数的充要条件是函数
的值域为
;
(3)由(2)知,
是
的一个“Inverse”函数,
由反函数的性质可知,
和
都是一一对应的.
则
,
又
,则
,
即
,根据一一对应的性质可得
,
则
,所以满足条件的函数
的解析式为
.