Functions: Composite & Inverse
関数を「入力を出力へ送る機械」として捉えると、合成と逆関数が直感的に分かります。合成 は機械を直列につなぐこと、逆関数 は機械を逆回しにすることです。A-Level では定義域・値域を正しく言い、1対1(逆関数をもつ条件)を判定し、 に関する対称性を理解することが求められます。
If you picture a function as a machine that sends inputs to outputs, composition and inverses become intuitive. The composite chains two machines in series, and the inverse runs the machine backwards. A-Level asks you to state domains and ranges correctly, decide when a function is one-to-one (the condition for an inverse to exist), and understand the symmetry in the line .
Domain and range
定義域(domain)は入力として許される の集合、値域(range)は出力として実際に現れる値の集合です。たとえば は根号の中が 以上でなければならないので定義域は 、出力は 以上なので値域は です。問題文で定義域が指定されることも多く、その指定が値域や逆関数の存在に直接影響します。
The domain is the set of permitted inputs ; the range is the set of values that actually come out. For example needs the expression under the root to be non-negative, so the domain is , and since the output is non-negative the range is . Problems often impose a domain, and that restriction directly affects the range and whether an inverse exists.
One-to-one functions and existence of an inverse
逆関数が存在するのは、関数が1対1(one-to-one)であるとき、すなわち異なる入力が必ず異なる出力を与えるときに限ります。グラフでいえば、どの水平線も曲線とせいぜい1回しか交わらない(horizontal line test)状態です。 は全体では1対1ではありませんが、定義域を に制限すれば1対1になり、逆関数 をもちます。
An inverse exists only when the function is one-to-one — that is, different inputs always give different outputs. Graphically, every horizontal line meets the curve at most once (the horizontal line test). The function is not one-to-one overall, but restricting its domain to makes it one-to-one, so it then has the inverse .
Composite functions: order matters
合成関数 は「先に 、次に 」を意味し、 と計算します。内側の から外側の へ向かう順番に注意してください。一般に で、順序を入れ替えると結果が変わります。また が定義されるには、 の値域が の定義域に含まれている必要があります。
The composite means 'do first, then ', computed as . Work from the inner function outwards to . In general : swapping the order changes the result. Also, for to be defined, the range of must lie within the domain of .
Finding inverses and symmetry in $y=x$
逆関数は「 とおき、 と を入れ替え、 について解く」手順で求めます。重要な性質として、 の定義域は の値域、 の値域は の定義域です(定義域と値域が入れ替わる)。さらに と のグラフは直線 に関して互いに鏡像になります。
To find an inverse: set , swap and , then make the subject. A key property: the domain of is the range of , and the range of is the domain of — domain and range swap over. Moreover the graphs of and are mirror images of each other in the line .
Worked examples
Practice
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