К содержимому

Обратная функция: восстановить вход по выходу

Как в учебнике

Если функция $f:A\to B$ задаёт взаимно однозначное соответствие, существует обратная функция $f^{-1}:B\to A$. Она удовлетворяет $f^{-1}(f(x))=x$ и $f(f^{-1}(y))=y$ для всех допустимых $x$ и $y$. Каждый выход должен достигаться и иметь единственный исходный вход.

Для $f(x)=2x$ на $\mathbb R$ обратная функция равна $f^{-1}(y)=y/2$. Она не равна $1/f$: верхняя запись −1 здесь обозначает обращение функции, а не числовую степень её значения. Квадрат на всей действительной прямой необратим: выход 4 не позволяет выбрать между 2 и −2. Ограничение области на $[0,+\infty)$ устраняет эту неоднозначность.

Область и множество назначения входят в условие обратимости вместе с правилом вычисления. Ограничить квадрат неотрицательными входами недостаточно для биекции в $\mathbb R$: отрицательные выходы всё ещё недостижимы. Согласованная обратимая запись имеет вид $f:[0,+\infty)\to[0,+\infty)$, $f(x)=x^2$. Две композиции в определении проверяют отсутствие потерь со стороны входов и полноту восстановления со стороны выходов.

Определения и дальнейшее чтение: Mathematics for Computer Science.

На пальцах

Обратная функция отменяет исходное действие без потери информации, как деление на два отменяет удвоение. Для каждого допустимого выхода должен существовать ровно один исходный адрес. Слияние двух входов лишает восстановление однозначности, а неиспользуемому выходу возвращать нечего. Маленький минус в $f^{-1}$ не работает кнопкой «отменить» после потери данных.

Пример

В примере учебный вход 3 сначала удваивается, затем восстанавливается. Последний шаг сравнит обращение функции с обратным числом: это разные результаты.

Обратная функция: восстановить вход по выходу

Прямая функция

Удвоение переводит 3 в 6.

Шаг 1 из 3: Прямая функция

Все шаги текстом
  1. Прямая функция

    Удвоение переводит 3 в 6.

    Состояние
    3текущий6текущий
  2. Обратная функция

    Половина выхода 6 восстанавливает вход 3.

    Состояние
    6текущий3текущий
  3. Не обратное число

    Обратное значение f(6) равно 1/12, а не 3.

    Состояние
    f⁻¹(6): 3текущий1/f(6): 1/12текущий

На конкретных данных два порядка действий дают: $f^{-1}(f(3))=f^{-1}(6)=3$ и $f(f^{-1}(6))=f(3)=6$. Первый возвращает исходный вход, второй — исходный выход. Для сравнения с числовой обратной величиной сначала вычисляют $f(6)=12$, затем $1/12$. Слова «обратное» здесь одинаковы, но входы, операции и результаты различаются; выписанные скобки не дают незаметно подменить один вопрос другим.

Дальше: Прообраз.

Авторский текст этой бесплатной статьи опубликован по лицензии CC BY-NC-ND 4.0.

Предыдущая / следующая

Предыдущая
Композиция функций: результат становится входом
Следующая
Прообраз: какие входы попадают в нужный набор
  • Натуральные числа: счёт отдельных объектов

    Какие значения подходят для счёта и почему включение нуля нужно оговаривать.

    Читать статью
    Математика
  • Целые числа: счёт по обе стороны нуля

    Положительные и отрицательные целые, ноль и граница целочисленного деления.

    Читать статью
    Математика
  • Рациональные числа: отношение целых

    Число как отношение целых: равные дроби и обязательный ненулевой знаменатель.

    Читать статью
    Математика