Раздел I. Введение в анализ§ 8

Демидович § 8. Обратная функция. Функции, заданные параметрически

Условия, ответы и подробные решения задач 759–784

Задачи 759–784

26 из 26 с разбором

Свойства и ветви обратных функций

759–773

Задача 759

Найти обратную функцию дробно-линейной функцииy=ax+bcx+d(adbc0).y=\frac{ax+b}{cx+d}\qquad(ad-bc\ne0).В каком случае обратная функция совпадает с данной?

Задача 760

Найти обратную функцию x=x(y)x=x(y), еслиy=x+[x].y=x+[x].

Задача 761

Показать, что существует единственная непрерывная функция y=y(x)y=y(x) (<x<+)(-\infty<x<+\infty), удовлетворяющая уравнению Кеплераyεsiny=x(0ε<1).y-\varepsilon\sin y=x\qquad(0\le\varepsilon<1).

Задача 762

Показать, что уравнениеctgx=kx\operatorname{ctg} x=kxдля каждого вещественного kk (<k<+)(-\infty<k<+\infty) имеет в интервале 0<x<π0<x<\pi единственный непрерывный корень x=x(k)x=x(k).

Задача 763

Может ли немонотонная функция y=f(x)y=f(x) (<x<+)(-\infty<x<+\infty) иметь однозначную обратную функцию? Рассмотреть пример:y={x,если x рационально;x,если x иррационально.y=\begin{cases}
x,&\text{если }x\text{ рационально};\\
-x,&\text{если }x\text{ иррационально}.
\end{cases}

Задача 764

В каком случае функция y=f(x)y=f(x) и обратная функция x=f1(y)x=f^{-1}(y) представляют одну и ту же функцию?

Задача 765

Показать, что обратная функция разрывной функцииy=(1+x2)sgnxy=(1+x^2)\operatorname{sgn}xесть функция непрерывная.

Задача 766

Доказать, что если функция f(x)f(x) определена и строго монотонна на сегменте [a,b][a,b] иlimnf(xn)=f(a)(axnb),\lim_{n\to\infty}f(x_n)=f(a)\qquad(a\le x_n\le b),тоlimnxn=a.\lim_{n\to\infty}x_n=a.
Определить однозначные непрерывные ветви обратных функций для функции

Задача 767

y=x2.y=x^2.

Задача 768

y=2xx2.y=2x-x^2.

Задача 769

y=2x1+x2.y=\frac{2x}{1+x^2}.

Задача 770

y=sinx.y=\sin x.

Задача 771

y=cosx.y=\cos x.

Задача 772

y=tgx.y=\operatorname{tg} x.

Задача 773

Показать, что множество значений непрерывной функцииy=1+sinx,y=1+\sin x,соответствующих интервалу (0<x<2π)(0<x<2\pi), есть сегмент.

Тождества и параметрические функции

774–784

Задача 774

Доказать равенствоarcsinx+arccosx=π2.\arcsin x+\arccos x=\frac\pi2.

Задача 775

Доказать равенствоarctgx+arctg1x=π2sgnx(x0).\operatorname{arctg} x+\operatorname{arctg}\frac1x=\frac\pi2\operatorname{sgn}x\qquad(x\ne0).

Задача 776

Доказать теорему сложения арктангенсов:arctanx+arctany=arctanx+y1xy+επ\arctan x+\arctan y=
\arctan\frac{x+y}{1-xy}+\varepsilon\pi
где ε=ε(x,y)\varepsilon=\varepsilon(x,y) — функция, принимающая одно из трёх
значений: 00, 11, 1-1.

Для каких значений yy при данном значении xx возможен разрыв функции
ε\varepsilon? Построить на плоскости OxyOxy соответствующие области
непрерывности функции ε\varepsilon и определить значение этой функции в
полученных областях.

Задача 777

Доказать теорему сложения арксинусов:arcsinx+arcsiny=(1)εarcsin(x1y2+y1x2)+επ\arcsin x+\arcsin y=(-1)^\varepsilon\arcsin\left(x\sqrt{1-y^2}+y\sqrt{1-x^2}\right)+\varepsilon\pi(x1, y1),(|x|\le1,\ |y|\le1),гдеε=0,если xy0 или x2+y21,\varepsilon=0,\quad\text{если }xy\le0\ \text{или }x^2+y^2\le1,иε=sgnx,если xy>0 и x2+y2>1.\varepsilon=\operatorname{sgn}x,\quad\text{если }xy>0\ \text{и }x^2+y^2>1.

Задача 778

Доказать теорему сложения арккосинусов:arccosx+arccosy=(1)εarccos(xy1x21y2)+2πε\arccos x+\arccos y=(-1)^\varepsilon\arccos\left(xy-\sqrt{1-x^2}\sqrt{1-y^2}\right)+2\pi\varepsilon(x1, y1),(|x|\le1,\ |y|\le1),гдеε=0,если x+y0,\varepsilon=0,\quad\text{если }x+y\ge0,иε=1,если x+y<0.\varepsilon=1,\quad\text{если }x+y<0.

Задача 779

Построить графики функций:а) y=arcsinx+arcsin1x2\text{а) }y=\arcsin x+\arcsin\sqrt{1-x^2}б) y=arcsin(2x1x2)2arcsinx\text{б) }y=\arcsin\left(2x\sqrt{1-x^2}\right)-2\arcsin x

Задача 780

Найти функцию y=y(x)y=y(x), заданную уравнениями:x=arctgt,y=arctgt(<t<+).x=\operatorname{arctg} t,\qquad y=\operatorname{arctg} t\qquad(-\infty<t<+\infty).В какой области определена эта функция?

Задача 781

Пустьx=cht,y=sht(<t<+).x=\operatorname{ch}t,\qquad y=\operatorname{sh}t\qquad(-\infty<t<+\infty).В каких областях изменения параметра tt переменную yy можно рассматривать как однозначную функцию от переменной xx? Найти выражения yy для различных областей.

Задача 782

Каковы необходимые и достаточные условия того, чтобы система уравненийx=φ(t),y=ψ(t)(α<t<β)x=\varphi(t),\qquad y=\psi(t)\qquad(\alpha<t<\beta)определяла бы yy как однозначную функцию от xx?

Рассмотреть пример: x=sin2t, y=cos2tx=\sin^2t,\ y=\cos^2t.

Задача 783

При каких условиях две системы уравненийx=φ(t),y=ψ(t)(a<t<b)x=\varphi(t),\qquad y=\psi(t)\qquad(a<t<b)иx=φ(χ(τ)),y=ψ(χ(τ))(α<τ<β)x=\varphi(\chi(\tau)),\qquad y=\psi(\chi(\tau))\qquad(\alpha<\tau<\beta)определяют одну и ту же функцию y=y(x)y=y(x)?

Задача 784

Пусть функции φ(x)\varphi(x) и ψ(x)\psi(x) определены и непрерывны на интервале (a,b)(a,b) иA=infa<x<bφ(x),B=supa<x<bφ(x).A=\inf_{a<x<b}\varphi(x),\qquad B=\sup_{a<x<b}\varphi(x).В каком случае существует однозначная функция f(x)f(x), определенная в интервале (A,B)(A,B) и такая, чтоψ(x)=f(φ(x))при a<x<b?\psi(x)=f(\varphi(x))\qquad\text{при }a<x<b?