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學習・解釋・訂正

反函數與定義域限制

先理解概念,獨立嘗試,再解釋想法如何改變。

2027 JM02 考試大綱 · 1. Functions · PDF 2 / 印刷頁 2

先重溫:函數的概念及其表示函數的基本性質

專題 01

反函數與定義域限制

透過定義、對照例子及有理據的應用,掌握反函數與定義域限制。

學完之後,你能解釋

  • 計算前選取等價方法並交代排除條件。
  • 連結不同表示法,說明每步理由,並處理邊界情況。
  • 能解釋解法,並把概念用於改變了的情境。

撤銷對應法則

反函數交換原定義域與值域,要求原對應為單射。

f−1(f(x))=xf^{-1}(f(x))=x

選取分支

把二次函數限制於頂點任一側,可建立可逆法則。

預測 → 操作 → 解釋 → 遷移

先留下預測,再探索關係。

課節思考:計算前,預測「反函數與定義域限制」的一項定義條件改變後,結論會怎樣改變,並記錄理由。

模型實驗:先預測調整下列參數會改變哪個結果,再以顯示的數值檢查,並與課節問題比較。

把 y=(x−0)²+0 限制於 x≥0;反函數為 y=0+√(x−0),x≥0。兩圖關於 y=x 對稱,定義域與值域互換。

把 y=(x−0)²+0 限制於 x≥0;反函數為 y=0+√(x−0),x≥0。兩圖關於 y=x 對稱,定義域與值域互換。

解釋:比較兩個符合條件的例子及一個邊界或不符合條件的例子,利用所述定義解釋差異。

遷移:自擬新例子及一個容易令人信服的錯誤解法,再指出缺漏條件並修正。

試一試,把思路寫下來。

每次只看一個提示。訂正時記錄想法如何改變,不只抄下答案。

01 / 基礎#示範例題

求一次函數的反函數。

f(x)=2x+3f(x)=2x+3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
先減去常數,再除以非零斜率。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    y=2x+3  ⟺  x=(y−3)/2y=2x+3\iff x=(y-3)/2
  3. 反函數不是倒數 1/f(x)。

f⁻¹(x)=(x−3)/2。

檢查與易錯點:反函數不是倒數 1/f(x)。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

02 / 鞏固#示範例題

求反函數及其定義域。

f(x)=1x−2f(x)=\frac{1}{x-2}
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
原函數不會輸出零。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    y(x−2)=1;x=2+1/y;y≠0y(x-2)=1;\quad x=2+1/y;\quad y\ne0
  3. 原值域成為反函數的定義域。

f⁻¹(x)=2+1/x,x≠0。

檢查與易錯點:原值域成為反函數的定義域。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

03 / 遷移#示範例題

求分式一次函數的反函數,列出全部排除值。

f(x)=x+2x−1f(x)=\frac{x+2}{x-1}
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
先解方程,再留意此法則的反函數為自身。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    yx−y=x+2;x(y−1)=y+2;x=y+2y−1yx-y=x+2;\quad x(y-1)=y+2;\quad x=\frac{y+2}{y-1}
  3. 輸出 1 會要求 2=−1,但此式不成立。

f⁻¹(x)=(x+2)/(x−1),x≠1。

檢查與易錯點:輸出 1 會要求 2=−1,但此式不成立。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

求一次函數的反函數。

f(x)=3x+3f(x)=3x+3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
先減去常數,再除以非零斜率。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    y=3x+3  ⟺  x=(y−3)/3y=3x+3\iff x=(y-3)/3
  3. 反函數不是倒數 1/f(x)。

f⁻¹(x)=(x−3)/3。

檢查與易錯點:反函數不是倒數 1/f(x)。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

05 / 基礎#獨立練習

求反函數及其定義域。

f(x)=1x−3f(x)=\frac{1}{x-3}
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
原函數不會輸出零。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    y(x−3)=1;x=3+1/y;y≠0y(x-3)=1;\quad x=3+1/y;\quad y\ne0
  3. 原值域成為反函數的定義域。

f⁻¹(x)=3+1/x,x≠0。

檢查與易錯點:原值域成為反函數的定義域。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

06 / 基礎#獨立練習

在指定限制定義域求反函數。

f(x)=(x−3)2;x≥3f(x)=(x-3)^2;\quad x\ge3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
定義域選定正平方根分支。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    x−3≥0;x=3+yx-3\ge0;\quad x=3+\sqrt y
  3. 不限制定義域的二次函數不能在整條實軸建立反函數。

f⁻¹(x)=3+√x,x≥0。

檢查與易錯點:不限制定義域的二次函數不能在整條實軸建立反函數。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

07 / 基礎#獨立練習

求反函數複合在 5 的值。

f(x)=3x+3;f−1(f(5))f(x)=3x+3;\quad f^{-1}(f(5))
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
反函數在原定義域撤銷原對應法則。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    f(5)=18;f−1(18)=5f(5)=18;\quad f^{-1}(18)=5
  3. 離開相關定義域與值域時,複合次序及適用條件不可忽略。

所求值為 5。

檢查與易錯點:離開相關定義域與值域時,複合次序及適用條件不可忽略。

先思考,待同學準備好再展開提示。

08 / 鞏固#獨立練習

f(x)=x² 在實數上能否有反函數?給出反例。

f:R→[0,∞);f(x)=x2f:\mathbb R\to[0,\infty);\quad f(x)=x^2
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
找不同輸入對應同一輸出。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    1≠−1;f(1)=f(−1)1\ne-1;\quad f(1)=f(-1)
  3. 對指定值域為滿射,並不代表單射。

不能:f(1)=f(−1)=1。

檢查與易錯點:對指定值域為滿射,並不代表單射。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

09 / 鞏固#獨立練習

分別選 x≤3 及 x≥3,求兩個反函數分支。

y=(x−3)2y=(x-3)^2
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
一個限制後的函數只選一個分支,不同時選兩個。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    x−3=±yx-3=\pm\sqrt y
  3. 沒有定義域而寫 ±,不能定義反函數。

x≤3:f⁻¹(y)=3−√y;x≥3:f⁻¹(y)=3+√y,y≥0。

檢查與易錯點:沒有定義域而寫 ±,不能定義反函數。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

10 / 鞏固#獨立練習

求分式一次函數的反函數,列出全部排除值。

f(x)=x+3x−1f(x)=\frac{x+3}{x-1}
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
先解方程,再留意此法則的反函數為自身。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    yx−y=x+3;x(y−1)=y+3;x=y+3y−1yx-y=x+3;\quad x(y-1)=y+3;\quad x=\frac{y+3}{y-1}
  3. 輸出 1 會要求 3=−1,但此式不成立。

f⁻¹(x)=(x+3)/(x−1),x≠1。

檢查與易錯點:輸出 1 會要求 3=−1,但此式不成立。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

求一次函數的反函數。

f(x)=4x+3f(x)=4x+3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
先減去常數,再除以非零斜率。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    y=4x+3  ⟺  x=(y−3)/4y=4x+3\iff x=(y-3)/4
  3. 反函數不是倒數 1/f(x)。

f⁻¹(x)=(x−3)/4。

檢查與易錯點:反函數不是倒數 1/f(x)。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

12 / 遷移#獨立練習

求反函數及其定義域。

f(x)=1x−4f(x)=\frac{1}{x-4}
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
原函數不會輸出零。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    y(x−4)=1;x=4+1/y;y≠0y(x-4)=1;\quad x=4+1/y;\quad y\ne0
  3. 原值域成為反函數的定義域。

f⁻¹(x)=4+1/x,x≠0。

檢查與易錯點:原值域成為反函數的定義域。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

13 / 遷移#獨立練習

在指定限制定義域求反函數。

f(x)=(x−4)2;x≥4f(x)=(x-4)^2;\quad x\ge4
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。
提示 2
定義域選定正平方根分支。
完整解答
  1. 指定單射定義域,解出輸入,再交換變量。

  2. 計算或化簡此關係式。

    x−4≥0;x=4+yx-4\ge0;\quad x=4+\sqrt y
  3. 不限制定義域的二次函數不能在整條實軸建立反函數。

f⁻¹(x)=4+√x,x≥0。

檢查與易錯點:不限制定義域的二次函數不能在整條實軸建立反函數。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

專注一道題目

課末檢核與訂正

回看最近核對的答案及解釋;改動草稿後須重新核對。書面推理需要自評或教師評核。

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    選擇需要重溫的補底知識 ↗

    教師備課與評核

    提問順序

    • 使用「反函數與定義域限制」的主要法則前,須滿足甚麼條件?
    • 哪一種表示法能使此題較易處理?為甚麼?
    • 改變一項假設後,原結論還成立嗎?

    板書重點

    • 計算前選取等價方法並交代排除條件。
    • 撤銷對應法則:反函數交換原定義域與值域,要求原對應為單射。
      f−1(f(x))=xf^{-1}(f(x))=x
    • 選取分支:把二次函數限制於頂點任一側,可建立可逆法則。
    • 總結:條件 → 表示 → 推理 → 檢驗。

    預期想法

    • 預期理由:反函數交換原定義域與值域,要求原對應為單射。
    • 預期理由:把二次函數限制於頂點任一側,可建立可逆法則。
    • 預期修正:代數產生的候選解可能違反原定義域或符號條件。

    評核清單

    • 1:辨識已知條件及所求。
    • 1:選取合適定義、表示或方法。
    • 1:推理連貫且正確。
    • 1:檢驗條件並解釋結果。

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    教材與來源說明 ↗