数学
高校生
解決済み

逆関数の合成について

逆関数同士だとy=xに関して対象なことはわかるんですが、なぜ合成関数を求めるとxになるのか参考書を読んでも理由がよくわかりません🧐

どなたか分かりやすい言葉で丁寧に教えてください🙇🏻‍♂️

逆関数 合成関数 一次分数関数

回答

✨ ベストアンサー ✨

ある(逆関数を持つ)関数とその逆関数を合成したとき、それがy=xという関数になるのはなぜか?というご質問でしょうか?

まず「関数」の定義ですが、

Xを空でない集合としたとき

「X上の関数とは、Xの各元に対し"ただ一つ"数を対応させるもの」
です。Xを関数の定義域と言います。

関数の例を二つ挙げます。二つとも定義域は「全ての実数からなる集合」とします。

(1)f(x)=2x

これは

-1 ↦ -2(-1に-2を対応させた)
-1/2 ↦ -1
0 ↦ 0
1/2 ↦ 1
1 ↦ 2

というものです。

(2)f(x)=x^2

これは

-2 ↦ 4
-1 ↦ 1
0 ↦ 0
1 ↦ 1
2 ↦ 4

というものです。

次に、逆関数とは何か?ですが、当然ながらその名のとおり逆関数も「関数」です。では何が「逆」なのか?

(1)の関数x ↦ 2xを例に説明します。(1)の関数は


-1 ↦ -2
-1/2 ↦ -1
0 ↦ 0
1/2 ↦ 1
1 ↦ 2

というものでした。

これの逆関数はこういうもの↓です。

-1 ↤ -2(-2に-1を対応させた)
-1/2 ↤ -1(-1に-1/2を対応させた)
0 ↤ 0
1/2 ↤ 1
1 ↤ 2

注意して頂きたいのは、これが「関数」になっていることです。

(2)の関数x ↦ x^2の逆関数を考えてみましょう。


-2 ↦ 4
-1 ↦ 1
0 ↦ 0
1 ↦ 1
2 ↦ 4

これの逆関数は

-2 ↤ 4
-1 ↤ 1
0 ↤ 0
1 ↤ 1
2 ↤ 4

というものでしょうか?違います。これは「関数ではない」からです。

「定義域の集合の各元に対し"ただ一つ"数を対応させるもの」が関数です。

にも関わらず-2 ↤ 4、2 ↤ 4と、4は-2および2に対応させられており、-1 ↤ 1、1 ↤ 1と、1は-1および1に対応させられています。

こういうものは関数ではありません。

例えば、f(x)=x^2の定義域を「全ての実数からなる集合」ではなく「0以上の実数からなる集合」にすれば、xとx^2は「一対一に対応」しますので逆関数を考えることができます。

で、ある(逆関数を持つ)関数fと、その逆関数を合成したときに、なぜそれがx↦xというものになるのかという話ですが、それは

x ↦ f(x) ↦ x
(一つ目の↦ がf、二つ目の↦ が逆関数f^-1)

ということをやっているからです。

f(x)=2xだったら
-2 ↦ -4 ↦ -2
-1 ↦ -2 ↦ -1
0 ↦ 0 ↦ 0
1 ↦ 2 ↦ 1
2 ↦ 4 ↦ 2
といった具合です。

さこ

丁寧な解説ありがとうございます🙇🏻‍♂️
理解できました!

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回答

y=f(x)であるとき、x=f^(-1)(y)がなりたつ。このyはy=f(x)を満たすから、これを代入して、x=f^(-1)(f(x))であり、逆関数同士を合成したらxになるのは逆関数の定義より、自明であるとわかります。

さこ

コメントありがとうございます🙇🏻‍♂️
役に立ちました!

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