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反函数的参数方程

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1楼不说


IP属地:广东来自Android客户端1楼2017-09-02 15:13回复
    对于任意函数y=f(x),其实都可以用参数方程表示。

    它的反函数,x=f(y)或者y=f^-1(x),有一个性质,和y=f(x)关于y=x对称。
    一些函数,很容易求出反函数的表达式,二次函数、三次函数的反函数就是求根公式,指数函数的反函数就是对数函数,三角函数的反函数就是反三角函数。
    但是更多的情况下,反函数无法用初等函数的复合表示出来。
    例如



    在0到x的积分,但是不能用y和初等函数的复合表示x。
    类似的函数,还有五次函数,五次以上方程没有求根公式,所以五次以上函数也没有反函数。


    IP属地:广东3楼2017-09-02 15:35
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      但是,虽然很多函数的反函数都没有初等表达式,但是它反函数的曲线却一定可以用参数曲线表示。
      因为反函数与原函数关于y=x对称,只要把x和y互换一下,就可以得到反函数的参数曲线表示方法。


      IP属地:广东4楼2017-09-02 15:38
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        反函数的求导法则:反函数的导数,等于原函数的导数的倒数。
        x=f(y)
        dx/dy=f'(y)
        dy/dx=1/f'(y)
        一般再代入y=f^-1(x)就可以了


        IP属地:广东来自Android客户端5楼2017-09-02 15:46
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          接下来是正题。
          很多非代数函数都有用泰勒公式去表示的方法,如果把反函数的参数曲线看成是函数,这个函数应该也可以用泰勒公式去逼近吧。


          IP属地:广东来自Android客户端6楼2017-09-02 15:49
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            反函数的一阶泰勒展开,就是原函数在那一点的切线对称的结果。
            x≈y0+(y-y0)/f'(y0)
            那么我们可不可以从一阶泰勒展开扩展到无穷阶泰勒展开呢?


            IP属地:广东来自Android客户端8楼2017-09-02 16:02
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              答案是,可以。
              这就是反函数的泰勒公式。

              下标的t=x0表示求导后把x0代入。
              d^n/df(t)^n表示对f(t)求n阶导数
              具体的操作是,每阶对f(t)的求导,先对t求导,再除以f(t)关于t的一阶导数。
              以下是四阶反函数导数表,可以与原函数的导数对照来确认表达式。


              IP属地:广东9楼2017-09-02 16:18
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                也许求和符号表示起来有点不直观,下面就比较直观了。


                IP属地:广东10楼2017-09-02 16:21
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                  这种泰勒级数是有奇点的,可以很明显看出,奇点就是原多项式函数一阶导数为0的点。
                  而原函数的零点(和x轴的交点)就是反函数在x=0的时候的值,所以对于反函数泰勒级数,只要代入x=0,就可以近似求出原多项式函数的根。


                  IP属地:广东来自Android客户端11楼2017-09-02 16:40
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                    5年级表示:


                    IP属地:广东来自Android客户端12楼2017-09-02 16:45
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                      对于y=x^3-3x+1,在x=±1的时候是极值,对应的高度是±2,所以反函数泰勒级数取x_0=0的时候,在绝对值大于2的时候是发散的。


                      IP属地:广东来自Android客户端13楼2017-09-02 16:53
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                        y=x^4,y=x^3,反函数都不可以选择在x=0泰勒展开,因为一阶导数为0。


                        IP属地:广东来自Android客户端14楼2017-09-02 16:56
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                          泰勒级数,即使奇点不在实数集,也会影响到收敛。
                          y=1/(x^2+1),奇点为±i,不在实数集,但是如果在x=0展开,展开式为1-x^2+x^4-x^6+……,在x绝对值小于1收敛。
                          以原点为中心,(0,1)为圆周上的点绘圆,与实数轴的交点正是(-1,0)和(1,0)


                          IP属地:广东来自Android客户端15楼2017-09-02 17:34
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                            同理,对于函数y=x^3+3x+1,它的导数为y=3x^2+3,3x^2+3=0的解为x=±i,分别把x=i,x=-i代入x^3+3x+1得到2i+1和-2i+1。
                            由于原函数的值域就是反函数的定义域,所以反函数的泰勒级数的奇点就是2i+1和-2i+1。
                            反函数在x=1泰勒展开,那么收敛区域就是-1到3,因为到奇点的距离是2


                            IP属地:广东来自Android客户端16楼2017-09-02 17:43
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                              @玛丽之神004


                              IP属地:广东17楼2017-09-02 18:16
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