EuraStudy
Samenvattingen/Wiskunde B/Inverse functies
Samenvattingen · Wiskunde BNL · VWO

Inverse functies

De inverse f−1f^{-1}f−1 van een functie draait de toewijzing om: waar fff van xxx naar yyy gaat, gaat f−1f^{-1}f−1 van yyy terug naar xxx. Alleen omkeerbare (injectieve) functies hebben een inverse. Je berekent de inverse door xxx en yyy te verwisselen en op te lossen, en de grafiek van de inverse is de spiegeling van die van fff in de lijn y=xy=xy=x, waarbij domein en bereik van plaats wisselen. De belangrijkste voorbeelden zijn de logaritme als inverse van de exponentiële functie en de wortel als inverse van het kwadraat.

4 Onderdelen·~17 min leestijd·4 Vaardigheden·Niveau Standaard 3 · Verdieping 1

T·0555 / 16
Examenprofiel
B3 · Het begrip inverse en injectiviteit (omkeerbaarheid) van een functieDe inverse berekenen door x en y te verwisselen en op te lossenDe grafiek van de inverse als spiegeling in y=x; domein en bereik wisselenInverse van exponentiële, logaritmische, wortel- en kwadratische functies
Operatoren:bepaalberekentoon aanschetsleg uitgeef

basisniveau

Het begrip inverse, het berekenen van de inverse en de spiegeling in y=xy=xy=x horen tot de centraal-examenstof van subdomein B3.

verhoogd niveau

Verdieping zit in het beperken van het domein om een niet-injectieve functie toch omkeerbaar te maken, en in het combineren van de inverse met transformaties.

Diepte

Leesdiepte: Verdieping

Tekst

Tekstgrootte: Standaard

Inhoud · 4 onderdelen▾
  1. Inverse functies
    • 01Het begrip inverse en omkeerbaarheid◐
    • 02De inverse berekenen◐
    • 03Grafiek van de inverse: spiegeling in y = x◐
    • 04Inverse van exponentieel, logaritme, wortel en kwadraat●
§ 01

Het begrip inverse en omkeerbaarheid#

●●○StandaardLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-B3

Kernpunten

De inverse van een functie fff maakt de bewerking van fff ongedaan: als fff het getal xxx naar yyy stuurt, dan stuurt de inverse f−1f^{-1}f−1 het getal yyy weer terug naar xxx. Formeel geldt f−1(y)=xf^{-1}(y)=xf−1(y)=x precies als f(x)=yf(x)=yf(x)=y. De inverse is dus de „terugweg”. Een direct gevolg is dat achtereenvolgens fff en f−1f^{-1}f−1 toepassen je bij het oorspronkelijke getal terugbrengt: f−1(f(x))=xf^{-1}\bigl(f(x)\bigr)=xf−1(f(x))=x en f(f−1(x))=xf\bigl(f^{-1}(x)\bigr)=xf(f−1(x))=x. Let op de notatie: f−1f^{-1}f−1 betekent de inverse functie, niet 1f\dfrac{1}{f}f1​ — die verwarring is een klassieke valkuil.
Niet elke functie heeft een inverse. Dat kan alleen als fff omkeerbaar (injectief) is: bij elke uitvoerwaarde hoort precies één invoerwaarde, zodat de terugweg eenduidig is. Meetkundig test je dit met de horizontale-lijntest: elke horizontale lijn mag de grafiek in hooguit één punt snijden. In Afb. 1 zie je waarom f(x)=x2f(x)=x^{2}f(x)=x2 (op heel R\mathbb{R}R) géén inverse heeft: de horizontale lijn y=4y=4y=4 snijdt de parabool in twee punten, x=−2x=-2x=−2 en x=2x=2x=2, dus bij de uitvoer 444 horen twee invoeren en is de terugweg niet eenduidig.

Waarom x² geen inverse heeft: de horizontale-lijntest

Horizontale-lijntest bij y = x²Schaubild von y = x², Nullstellen bei x = 0, Tiefpunkt bei (0, 0), y-Achsenabschnitt bei y = 0, im Bereich x von -3 bis 3−3−2−11232468(−2; 4)(2; 4)y = 4y = x²yx
Afb. 1Afb. 1 — De horizontale lijn y = 4 snijdt y = x² tweemaal (x = −2 en x = 2): bij één uitvoer horen twee invoeren, dus x² is op heel ℝ niet omkeerbaar.
Een functie die overal stijgt (of overal daalt) — een monotone functie — is altijd injectief en dus omkeerbaar, want een grotere invoer geeft dan steeds een grotere (respectievelijk kleinere) uitvoer en kan nooit dezelfde uitvoer twee keer opleveren. Zo zijn f(x)=x3f(x)=x^{3}f(x)=x3, f(x)=exf(x)=e^{x}f(x)=ex en f(x)=ln⁡xf(x)=\ln xf(x)=lnx omkeerbaar. Een functie die eerst stijgt en dan daalt (zoals een parabool) is niet injectief op haar hele domein. Vaak los je dat op door het domein te beperken: f(x)=x2f(x)=x^{2}f(x)=x2 op x≥0x\ge 0x≥0 ís injectief en heeft als inverse de wortelfunctie.
Het begrip inverse verbindt twee grootheden die elkaars „ongedaan-maker” zijn, en dat komt in de wiskunde en de toepassingen voortdurend voor. De logaritme maakt de exponentiële bewerking ongedaan (uit 10x=100010^{x}=100010x=1000 vind je x=log⁡1000=3x=\log 1000=3x=log1000=3); de wortel maakt het kwadrateren ongedaan; de boogsinus maakt de sinus ongedaan. Telkens gebruik je de inverse om „terug te rekenen” van een uitkomst naar de invoer die haar voortbracht. Dat maakt het inverse-begrip niet alleen een grafische aardigheid maar een echt rekengereedschap.
Domein en bereik spelen bij de inverse een spiegelende rol. Omdat de inverse de rollen van invoer en uitvoer verwisselt, is het domein van f−1f^{-1}f−1 gelijk aan het bereik van fff, en het bereik van f−1f^{-1}f−1 gelijk aan het domein van fff. Voor f(x)=xf(x)=\sqrt{x}f(x)=x​ (domein x≥0x\ge 0x≥0, bereik y≥0y\ge 0y≥0) is de inverse f−1(x)=x2f^{-1}(x)=x^{2}f−1(x)=x2 met domein x≥0x\ge 0x≥0 — precies het bereik van fff. Dit verwisselen van domein en bereik is niet alleen een formaliteit: het bepaalt op welk gebied de inverse bestaat en voorkomt fouten bij het opstellen ervan.
f−1(y)=x  ⟺  f(x)=yf^{-1}(y)=x \iff f(x)=yf−1(y)=x⟺f(x)=y

Definitie van de inverse

De inverse draait de toewijzing om; f−1f^{-1}f−1 is de terugweg van fff.

f−1(f(x))=xf(f−1(x))=xf^{-1}\bigl(f(x)\bigr)=x\qquad f\bigl(f^{-1}(x)\bigr)=xf−1(f(x))=xf(f−1(x))=x

Ongedaan maken

Achtereenvolgens fff en zijn inverse toepassen brengt je terug bij het begingetal.

Uitgewerkt voorbeeld

Omkeerbaarheid onderzoeken

Onderzoek of f(x)=x3−1f(x)=x^{3}-1f(x)=x3−1 omkeerbaar is en of g(x)=x2−4xg(x)=x^{2}-4xg(x)=x2−4x dat is op heel R\mathbb{R}R. Licht je antwoord toe met de horizontale-lijntest.

  1. 01f: monotonie bekijken

    f(x)=x3−1f(x)=x^{3}-1f(x)=x3−1 is overal stijgend (de derde macht stijgt overal), dus elke horizontale lijn snijdt de grafiek één keer: injectief.

  2. 02g: vorm bekijken

    g(x)=x2−4x=(x−2)2−4g(x)=x^{2}-4x=(x-2)^{2}-4g(x)=x2−4x=(x−2)2−4 is een dalparabool met top (2,−4)(2,-4)(2,−4); hij daalt en stijgt weer.

  3. 03Horizontale-lijntest op g

    Een horizontale lijn boven de top (bijvoorbeeld y=0y=0y=0) snijdt de parabool twee keer, dus ggg is op heel R\mathbb{R}R niet injectief.

Resultaat: f(x)=x3−1f(x)=x^{3}-1f(x)=x3−1 is omkeerbaar (overal stijgend); g(x)=x2−4xg(x)=x^{2}-4xg(x)=x2−4x is op heel R\mathbb{R}R niet omkeerbaar (parabool, twee snijpunten per horizontale lijn).

Eindexamen-focus

  • Examendoel: met de horizontale-lijntest of via monotonie bepalen of een functie omkeerbaar (injectief) is.
  • Examendoel: de definitie f−1(y)=x  ⟺  f(x)=yf^{-1}(y)=x\iff f(x)=yf−1(y)=x⟺f(x)=y en de eigenschap f−1(f(x))=xf^{-1}(f(x))=xf−1(f(x))=x gebruiken.
  • Examendoel: het verband tussen domein en bereik van fff en f−1f^{-1}f−1 (die verwisselen) benoemen.

Veelgemaakte fouten

  • f−1f^{-1}f−1 opvatten als 1f\dfrac{1}{f}f1​; de −1-1−1 duidt de inverse functie aan, niet een negatieve macht.
  • Aannemen dat elke functie een inverse heeft, ook een niet-injectieve zoals een parabool op heel R\mathbb{R}R.
  • Vergeten het domein te beperken om een niet-injectieve functie toch omkeerbaar te maken.
  • Domein en bereik van fff en f−1f^{-1}f−1 niet verwisselen.

Actieve herhaling

Onderzoek of f(x)=1xf(x)=\dfrac{1}{x}f(x)=x1​ omkeerbaar is en op welk domein g(x)=(x+1)2g(x)=(x+1)^{2}g(x)=(x+1)2 omkeerbaar gemaakt kan worden. Licht toe met de horizontale-lijntest.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

§ 02

De inverse berekenen#

●●○StandaardLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-B3

f(x) = 2x + 1 en zijn inverse, gespiegeld in y = x

f en f⁻¹ gespiegeld in y = xSchaubild von y = f(x), Nullstellen bei x = -0.5, y-Achsenabschnitt bei y = 1, steigend, im Bereich x von -3 bis 4, Schaubild von y = f⁻¹(x), Nullstellen bei x = 1, y-Achsenabschnitt bei y = -0.5, steigend, im Bereich x von -3 bis 4, Schaubild von y = x, Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von -3 bis 4−3−2−11234−3−2−11234(1; 3)(3; 1)y = f(x)y = f⁻¹(x)y = xyx
Afb. 2Afb. 1 — f(x) = 2x + 1 (steil) en zijn inverse f⁻¹(x) = (x − 1)/2 (vlak) zijn elkaars spiegelbeeld in de lijn y = x.

Kernpunten

Het berekenen van de inverse volgt een vast recept. Schrijf de functie als y=f(x)y=f(x)y=f(x), verwissel dan de rollen van xxx en yyy (want de inverse draait invoer en uitvoer om), en los de nieuwe vergelijking op naar yyy. Die uitgedrukte yyy is f−1(x)f^{-1}(x)f−1(x). Voor f(x)=2x+1f(x)=2x+1f(x)=2x+1 schrijf je y=2x+1y=2x+1y=2x+1, verwissel je tot x=2y+1x=2y+1x=2y+1, en los je op: y=x−12y=\dfrac{x-1}{2}y=2x−1​, dus f−1(x)=x−12f^{-1}(x)=\dfrac{x-1}{2}f−1(x)=2x−1​. In Afb. 1 staan fff en f−1f^{-1}f−1 samen met de lijn y=xy=xy=x; ze zijn elkaars spiegelbeeld.
Het „verwisselen van xxx en yyy” is de kern en verklaart waarom de grafiek spiegelt in y=xy=xy=x: elk punt (a,b)(a,b)(a,b) van fff wordt het punt (b,a)(b,a)(b,a) van f−1f^{-1}f−1. Een alternatief dat op hetzelfde neerkomt, is f(x)=yf(x)=yf(x)=y direct oplossen naar xxx en aan het eind de letters hernoemen. Beide wegen zijn goed; kies er één en pas hem consequent toe. Werk het oplossen netjes stap voor stap uit — dat voorkomt tekenfouten en het kwijtraken van een term.
Bij het oplossen naar yyy gebruik je precies de inverse bewerkingen uit het onderwerp „formules bewerken”. Zit er een kwadraat, dan trek je de wortel (met aandacht voor het teken); zit er een eee-macht, dan neem je de logaritme; zit er een breuk, dan vermenigvuldig je kruislings. Voor f(x)=1x−3+2f(x)=\dfrac{1}{x-3}+2f(x)=x−31​+2 bijvoorbeeld verwissel je tot x=1y−3+2x=\dfrac{1}{y-3}+2x=y−31​+2, haal je de 222 naar links (x−2=1y−3x-2=\dfrac{1}{y-3}x−2=y−31​), keer je om (y−3=1x−2y-3=\dfrac{1}{x-2}y−3=x−21​) en vind je f−1(x)=1x−2+3f^{-1}(x)=\dfrac{1}{x-2}+3f−1(x)=x−21​+3. Elke stap is een inverse bewerking, netjes op beide leden toegepast.
Na het berekenen loont een controle. Omdat fff en f−1f^{-1}f−1 elkaars ongedaan-makers zijn, moet f(f−1(x))=xf\bigl(f^{-1}(x)\bigr)=xf(f−1(x))=x gelden. Voor f(x)=2x+1f(x)=2x+1f(x)=2x+1 en f−1(x)=x−12f^{-1}(x)=\dfrac{x-1}{2}f−1(x)=2x−1​ controleer je: f(x−12)=2⋅x−12+1=(x−1)+1=xf\bigl(\tfrac{x-1}{2}\bigr)=2\cdot\tfrac{x-1}{2}+1=(x-1)+1=xf(2x−1​)=2⋅2x−1​+1=(x−1)+1=x. Klopt de samenstelling niet met xxx, dan zit er een fout in je berekening. Deze controle is snel en betrouwbaar en hoort bij een nette uitwerking op het examen.
Bij het berekenen van een inverse hoort altijd het bepalen van het domein en bereik. Het domein van f−1f^{-1}f−1 is het bereik van fff, en andersom. Bij een wortel- of kwadraatfunctie, waar je het domein moest beperken om injectiviteit te krijgen, bepaalt die beperking ook het bereik van de inverse. Voor f(x)=x2f(x)=x^{2}f(x)=x2 op x≥0x\ge 0x≥0 (bereik y≥0y\ge 0y≥0) is de inverse f−1(x)=xf^{-1}(x)=\sqrt{x}f−1(x)=x​ met domein x≥0x\ge 0x≥0 — je kiest de positieve wortel omdat het bereik van f−1f^{-1}f−1 (= domein van fff) niet-negatief is. Zo houdt het verwisselen van domein en bereik je op het juiste spoor.
recept: y=f(x) → verwissel x↔y → los op naar y=f−1(x)\text{recept: } y=f(x)\ \rightarrow\ \text{verwissel }x\leftrightarrow y\ \rightarrow\ \text{los op naar }y=f^{-1}(x)recept: y=f(x) → verwissel x↔y → los op naar y=f−1(x)

Inverse berekenen

Verwissel xxx en yyy en los op; dat draait de toewijzing om en verklaart de spiegeling in y=xy=xy=x.

f(x)=2x+1  ⇒  f−1(x)=x−12f(x)=2x+1\;\Rightarrow\; f^{-1}(x)=\frac{x-1}{2}f(x)=2x+1⇒f−1(x)=2x−1​

Voorbeeld

Uit x=2y+1x=2y+1x=2y+1 volgt y=x−12y=\dfrac{x-1}{2}y=2x−1​; controleer met f(f−1(x))=xf(f^{-1}(x))=xf(f−1(x))=x.

Uitgewerkt voorbeeld

Inverse berekenen en controleren

Bepaal de inverse van f(x)=x+42f(x)=\dfrac{x+4}{2}f(x)=2x+4​ en controleer je antwoord met de samenstelling f(f−1(x))f\bigl(f^{-1}(x)\bigr)f(f−1(x)).

  1. 01Verwisselen

    Schrijf y=x+42y=\dfrac{x+4}{2}y=2x+4​ en verwissel xxx en yyy.

    x=y+42x=\frac{y+4}{2}x=2y+4​
  2. 02Oplossen naar y

    Vermenigvuldig met 222 en haal 444 naar links.

    2x=y+4  ⇒  y=2x−4  ⇒  f−1(x)=2x−42x=y+4\;\Rightarrow\; y=2x-4\;\Rightarrow\; f^{-1}(x)=2x-42x=y+4⇒y=2x−4⇒f−1(x)=2x−4
  3. 03Controle

    Vul f−1(x)=2x−4f^{-1}(x)=2x-4f−1(x)=2x−4 in fff in.

    f(2x−4)=(2x−4)+42=2x2=xf\bigl(2x-4\bigr)=\frac{(2x-4)+4}{2}=\frac{2x}{2}=xf(2x−4)=2(2x−4)+4​=22x​=x

Resultaat: f−1(x)=2x−4f^{-1}(x)=2x-4f−1(x)=2x−4; de controle geeft f(f−1(x))=xf\bigl(f^{-1}(x)\bigr)=xf(f−1(x))=x, dus het klopt.

Eindexamen-focus

  • Examendoel: de inverse berekenen door y=f(x)y=f(x)y=f(x) te schrijven, xxx en yyy te verwisselen en op te lossen naar yyy.
  • Examendoel: het antwoord controleren met f(f−1(x))=xf\bigl(f^{-1}(x)\bigr)=xf(f−1(x))=x.
  • Examendoel: het domein en bereik van de inverse bepalen (die verwisselen ten opzichte van fff).

Veelgemaakte fouten

  • Vergeten xxx en yyy te verwisselen en zo per ongeluk fff zelf opnieuw opschrijven.
  • Bij het oplossen een tekenfout maken of een term aan de verkeerde kant laten staan.
  • Bij een kwadraat of wortel het domein/teken negeren en de verkeerde tak van de inverse kiezen.
  • De inverse verwarren met 1f(x)\dfrac{1}{f(x)}f(x)1​.

Actieve herhaling

Bepaal de inverse van f(x)=3x−6f(x)=3x-6f(x)=3x−6 en van g(x)=1x+2g(x)=\dfrac{1}{x+2}g(x)=x+21​, en controleer beide met de samenstelling. Geef bij g−1g^{-1}g−1 het domein.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

§ 03

Grafiek van de inverse: spiegeling in y = x#

●●○StandaardLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-B3

y = x² (x ≥ 0) en de inverse y = √x, gespiegeld in y = x

y = x² (x ≥ 0) en y = √xSchaubild von y = x², Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von 0 bis 2.05, Schaubild von y = √x, Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von 0 bis 4.2, Schaubild von y = x, Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von 0 bis 4.212341234(2; 4)(4; 2)(1; 1)y = x²y = √xy = xyx
Afb. 3Afb. 1 — y = x² (x ≥ 0) en zijn inverse y = √x zijn elkaars spiegelbeeld in de lijn y = x; (2; 4) spiegelt naar (4; 2).

Kernpunten

De grafiek van f−1f^{-1}f−1 is de spiegeling van de grafiek van fff in de lijn y=xy=xy=x. De reden is het verwisselen van coördinaten: elk punt (a,b)(a,b)(a,b) van fff wordt het punt (b,a)(b,a)(b,a) van f−1f^{-1}f−1, en (a,b)(a,b)(a,b) en (b,a)(b,a)(b,a) liggen precies symmetrisch ten opzichte van de lijn y=xy=xy=x. In Afb. 1 staan f(x)=x2f(x)=x^{2}f(x)=x2 (beperkt tot x≥0x\ge 0x≥0) en zijn inverse f−1(x)=xf^{-1}(x)=\sqrt{x}f−1(x)=x​; ze zijn elkaars spiegelbeeld in de stippellijn y=xy=xy=x. Je kunt de inverse dus tekenen zónder haar formule te kennen: spiegel eenvoudig de grafiek van fff in y=xy=xy=x.
De spiegeling verwisselt alle kenmerken tussen de assen. Een snijpunt van fff met de yyy-as, (0,f(0))(0,f(0))(0,f(0)), wordt een snijpunt van f−1f^{-1}f−1 met de xxx-as; een nulpunt van fff wordt een snijpunt van f−1f^{-1}f−1 met de yyy-as. Een horizontale asymptoot y=cy=cy=c van fff wordt een verticale asymptoot x=cx=cx=c van f−1f^{-1}f−1, en omgekeerd. Dit is precies zichtbaar bij de exponentiële functie en de logaritme: de exponentiële functie heeft de horizontale asymptoot y=0y=0y=0, de logaritme (haar inverse) heeft de verticale asymptoot x=0x=0x=0.
Een handig gevolg is dat snijpunten van fff met de lijn y=xy=xy=x ook op f−1f^{-1}f−1 liggen — sterker nog, op de spiegelas blijven punten op hun plaats. Als f(a)=af(a)=af(a)=a, dan is (a,a)(a,a)(a,a) een vast punt dat zowel op fff als op f−1f^{-1}f−1 ligt. Dit gebruik je soms om snijpunten van fff en f−1f^{-1}f−1 te vinden: die liggen (voor monotoon stijgende functies) op de lijn y=xy=xy=x, dus los je f(x)=xf(x)=xf(x)=x op. Zo verandert een lastige vergelijking f(x)=f−1(x)f(x)=f^{-1}(x)f(x)=f−1(x) in de veel eenvoudiger f(x)=xf(x)=xf(x)=x.
Omdat spiegelen in y=xy=xy=x de coördinaten verwisselt, verwisselen domein en bereik. Het domein van f−1f^{-1}f−1 (de xxx-waarden waarvoor de inverse bestaat) is het bereik van fff (de yyy-waarden die fff aannam), en het bereik van f−1f^{-1}f−1 is het domein van fff. Voor f(x)=xf(x)=\sqrt{x}f(x)=x​ met domein x≥0x\ge 0x≥0 en bereik y≥0y\ge 0y≥0 is de inverse f−1(x)=x2f^{-1}(x)=x^{2}f−1(x)=x2 met domein x≥0x\ge 0x≥0. Het klopt: op de grafiek zie je de wortelfunctie (die alleen in het eerste kwadraat leeft) spiegelen naar de halve parabool, die ook in het eerste kwadraat blijft.
Het spiegelbeeld in y=xy=xy=x is niet alleen een tekenmethode maar ook een controlemiddel. Heb je de inverse algebraïsch berekend, teken dan beide grafieken en de lijn y=xy=xy=x: liggen fff en f−1f^{-1}f−1 inderdaad symmetrisch, dan klopt je berekening; zo niet, dan is er een fout. Deze wisselwerking tussen de algebra (formule verwisselen en oplossen) en de meetkunde (spiegelen in y=xy=xy=x) is typerend voor wiskunde B: dezelfde inverse wordt op twee manieren begrepen, en de ene manier controleert de andere.
(a,b)∈grafiek van f   ⟺   (b,a)∈grafiek van f−1(a,b)\in \text{grafiek van } f\ \iff\ (b,a)\in \text{grafiek van } f^{-1}(a,b)∈grafiek van f ⟺ (b,a)∈grafiek van f−1

Spiegeling in y = x

De inverse verwisselt de coördinaten; (a,b)(a,b)(a,b) en (b,a)(b,a)(b,a) liggen symmetrisch ten opzichte van y=xy=xy=x.

Df−1=BfBf−1=DfD_{f^{-1}}=B_{f}\qquad B_{f^{-1}}=D_{f}Df−1​=Bf​Bf−1​=Df​

Domein en bereik verwisselen

Het domein van de inverse is het bereik van fff, en het bereik van de inverse is het domein van fff.

Uitgewerkt voorbeeld

Snijpunt van f en zijn inverse

Gegeven de stijgende functie f(x)=x+2f(x)=\sqrt{x+2}f(x)=x+2​. Bepaal het snijpunt van fff met zijn inverse door gebruik te maken van de lijn y=xy=xy=x.

  1. 01Snijpunt ligt op y = x

    Voor een monotoon stijgende functie liggen de snijpunten van fff en f−1f^{-1}f−1 op de lijn y=xy=xy=x, dus los f(x)=xf(x)=xf(x)=x op.

    x+2=x\sqrt{x+2}=xx+2​=x
  2. 02Kwadrateren

    Kwadrateer beide kanten (met x≥0x\ge 0x≥0, want  ≥0\sqrt{\ }\ge 0 ​≥0).

    x+2=x2  ⇒  x2−x−2=0  ⇒  (x−2)(x+1)=0x+2=x^{2}\;\Rightarrow\; x^{2}-x-2=0\;\Rightarrow\;(x-2)(x+1)=0x+2=x2⇒x2−x−2=0⇒(x−2)(x+1)=0
  3. 03Geldige oplossing kiezen

    Van x=2x=2x=2 en x=−1x=-1x=−1 voldoet alleen x=2x=2x=2 aan x≥0x\ge 0x≥0; controleer: 2+2=2\sqrt{2+2}=22+2​=2. Klopt.

Resultaat: Het snijpunt van fff en f−1f^{-1}f−1 is (2; 2)(2;\,2)(2;2), dat op de lijn y=xy=xy=x ligt.

Eindexamen-focus

  • Examendoel: de grafiek van de inverse tekenen als spiegeling van fff in de lijn y=xy=xy=x.
  • Examendoel: de kenmerken (snijpunten met de assen, asymptoten) tussen fff en f−1f^{-1}f−1 correct verwisselen.
  • Examendoel: het snijpunt van fff en f−1f^{-1}f−1 voor een stijgende functie vinden via f(x)=xf(x)=xf(x)=x.

Veelgemaakte fouten

  • De grafiek van de inverse spiegelen in de xxx-as of de yyy-as in plaats van in de lijn y=xy=xy=x.
  • Domein en bereik niet verwisselen bij het tekenen van de inverse.
  • Bij f(x)=x−1f(x)=x^{-1}f(x)=x−1-achtige stappen (kwadrateren) de niet-geldige oplossing meenemen; controleer altijd terug.
  • Aannemen dat fff en f−1f^{-1}f−1 elkaar altijd op y=xy=xy=x snijden — dat geldt voor stijgende functies, niet in het algemeen.

Actieve herhaling

Teken de grafiek van f(x)=exf(x)=e^{x}f(x)=ex en zijn inverse door spiegeling in y=xy=xy=x, en geef de asymptoot van elk. Bepaal daarna algebraïsch de inverse van fff.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

§ 04

Inverse van exponentieel, logaritme, wortel en kwadraat#

●●●VerdiepingLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-B3

y = eˣ en de inverse y = ln x, gespiegeld in y = x

y = eˣ en y = ln xSchaubild von y = eˣ, y-Achsenabschnitt bei y = 1, steigend, im Bereich x von -2 bis 1.386, Schaubild von y = ln x, Nullstellen bei x = 1, im Bereich x von -2 bis 4, Schaubild von y = x, Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von -2 bis 4−2−11234−2−11234(0; 1)(1; 0)y = eˣy = ln xy = xyx
Afb. 4Afb. 1 — De exponentiële functie y = eˣ en haar inverse y = ln x, gespiegeld in y = x: (0; 1) spiegelt naar (1; 0), asymptoot y = 0 naar x = 0.

Kernpunten

De belangrijkste inversenparen in wiskunde B zijn de exponentiële functie met de logaritme, en het kwadraat met de wortel. De natuurlijke logaritme ln⁡\lnln is per definitie de inverse van de eee-macht: ln⁡x=y\ln x=ylnx=y betekent ey=xe^{y}=xey=x. Daarom geldt ln⁡(ex)=x\ln(e^{x})=xln(ex)=x en eln⁡x=xe^{\ln x}=xelnx=x (voor x>0x>0x>0). In Afb. 1 staan f(x)=exf(x)=e^{x}f(x)=ex en f−1(x)=ln⁡xf^{-1}(x)=\ln xf−1(x)=lnx met de spiegellijn y=xy=xy=x: het snijpunt (0,1)(0,1)(0,1) van de exponentiële functie met de yyy-as spiegelt naar het snijpunt (1,0)(1,0)(1,0) van de logaritme met de xxx-as, en de horizontale asymptoot y=0y=0y=0 spiegelt naar de verticale asymptoot x=0x=0x=0.
Deze inversenrelatie is het gereedschap om exponentiële vergelijkingen op te lossen. Uit ex=7e^{x}=7ex=7 volgt x=ln⁡7x=\ln 7x=ln7 (je past de inverse ln⁡\lnln toe op beide leden); uit ln⁡x=3\ln x=3lnx=3 volgt x=e3x=e^{3}x=e3. Algemener geldt voor grondtal ggg: uit gx=bg^{x}=bgx=b volgt x=log⁡gbx=\log_{g} bx=logg​b. Zonder de logaritme zou je de exponent niet uit de macht kunnen halen; de logaritme is precies de inverse bewerking die dat mogelijk maakt. Dit gebruik je uitgebreid in het onderwerp vergelijkingen en ongelijkheden.
Het kwadraat en de wortel vormen het tweede paar, met de kanttekening van het domein. Omdat f(x)=x2f(x)=x^{2}f(x)=x2 op heel R\mathbb{R}R niet injectief is, beperk je het domein tot x≥0x\ge 0x≥0; dan is de inverse f−1(x)=xf^{-1}(x)=\sqrt{x}f−1(x)=x​. Op x≥0x\ge 0x≥0 geldt x2=x\sqrt{x^{2}}=xx2​=x en (x)2=x(\sqrt{x})^{2}=x(x​)2=x. Zou je het domein tot x≤0x\le 0x≤0 beperken, dan is de inverse f−1(x)=−xf^{-1}(x)=-\sqrt{x}f−1(x)=−x​. Dit tekenprobleem — welke tak van de wortel je kiest — hangt af van het domein waarop je fff omkeerbaar hebt gemaakt, en verdient bij elke opgave expliciete aandacht.
Ook andere machts- en wortelfuncties vormen inversenparen. De derdemacht f(x)=x3f(x)=x^{3}f(x)=x3 is op heel R\mathbb{R}R injectief (overal stijgend), en zijn inverse is de derdemachtswortel f−1(x)=x3=x1/3f^{-1}(x)=\sqrt[3]{x}=x^{1/3}f−1(x)=3x​=x1/3, zonder domeinbeperking. Algemener is de inverse van xnx^{n}xn de nnn-demachtswortel x1/nx^{1/n}x1/n, waarbij je bij even nnn het domein moet beperken (zoals bij het kwadraat) en bij oneven nnn niet. Dit sluit aan bij de gebroken exponenten uit het onderwerp vaardigheden: een wortel is een macht met exponent 1n\tfrac{1}{n}n1​, en machtsverheffen en worteltrekken zijn elkaars inverse.
Deze inversenparen verklaren tegelijk de spiegelsymmetrie van hun grafieken en leveren de rekenregels om ermee te werken. Kennen dat ln⁡\lnln en exe^{x}ex elkaars inverse zijn, betekent dat je hun grafieken uit elkaar kunt afleiden, exponentiële vergelijkingen kunt oplossen én, in de differentiaalrekening, de afgeleide van de logaritme uit die van de exponentiële functie kunt halen. Zo is het inverse-begrip geen losstaand hoofdstukje maar een rode draad die de standaardfuncties, de vergelijkingen en de analyse met elkaar verbindt. Beheers de twee kernpasren (ex↔ln⁡xe^{x}\leftrightarrow\ln xex↔lnx en x2↔xx^{2}\leftrightarrow\sqrt{x}x2↔x​) grondig; ze komen door heel wiskunde B terug.
ln⁡(ex)=xeln⁡x=x (x>0)\ln(e^{x})=x\qquad e^{\ln x}=x\ (x>0)ln(ex)=xelnx=x (x>0)

Exponentieel en logaritme

De eee-macht en de natuurlijke logaritme maken elkaar ongedaan; hiermee los je exponentiële en logaritmische vergelijkingen op.

f(x)=x2 (x≥0)  ⇒  f−1(x)=xf(x)=x^{2}\ (x\ge 0)\;\Rightarrow\; f^{-1}(x)=\sqrt{x}f(x)=x2 (x≥0)⇒f−1(x)=x​

Kwadraat en wortel

Beperk het domein tot x≥0x\ge 0x≥0 om het kwadraat omkeerbaar te maken; de inverse is de (positieve) wortel.

Uitgewerkt voorbeeld

Inverse van een exponentiële functie berekenen

Bepaal de inverse van f(x)=ex−1+2f(x)=e^{x-1}+2f(x)=ex−1+2 en geef het domein van f−1f^{-1}f−1.

  1. 01Verwisselen

    Schrijf y=ex−1+2y=e^{x-1}+2y=ex−1+2 en verwissel xxx en yyy.

    x=ey−1+2x=e^{y-1}+2x=ey−1+2
  2. 02e-macht isoleren

    Haal de 222 naar links.

    x−2=ey−1x-2=e^{y-1}x−2=ey−1
  3. 03Logaritme nemen en oplossen

    Neem ln⁡\lnln van beide kanten (mag alleen als x−2>0x-2>0x−2>0) en los op naar yyy.

    ln⁡(x−2)=y−1  ⇒  f−1(x)=ln⁡(x−2)+1\ln(x-2)=y-1\;\Rightarrow\; f^{-1}(x)=\ln(x-2)+1ln(x−2)=y−1⇒f−1(x)=ln(x−2)+1
  4. 04Domein bepalen

    Het argument van de logaritme moet positief zijn, dus x−2>0x-2>0x−2>0. Dit is precies het bereik van fff (die waarden >2>2>2 aanneemt).

    Df−1:  x>2D_{f^{-1}}:\; x>2Df−1​:x>2

Resultaat: f−1(x)=ln⁡(x−2)+1f^{-1}(x)=\ln(x-2)+1f−1(x)=ln(x−2)+1 met domein x>2x>2x>2 (= het bereik van fff).

Eindexamen-focus

  • Examendoel: de inversenparen ex↔ln⁡xe^{x}\leftrightarrow\ln xex↔lnx en x2↔xx^{2}\leftrightarrow\sqrt{x}x2↔x​ kennen en gebruiken om functies om te keren en vergelijkingen op te lossen.
  • Examendoel: de inverse van een exponentiële functie berekenen door de eee-macht te isoleren en de logaritme te nemen, met het juiste domein.
  • Examendoel: bij het omkeren van een even macht het domein beperken en de juiste tak van de wortel kiezen.

Veelgemaakte fouten

  • Bij x2x^{2}x2 de domeinbeperking vergeten en zo een inverse opschrijven die niet eenduidig is.
  • De logaritme nemen van een niet-positief getal, of het domein van f−1f^{-1}f−1 (positief argument) vergeten.
  • ln⁡(a+b)\ln(a+b)ln(a+b) uitschrijven als ln⁡a+ln⁡b\ln a+\ln blna+lnb; de logaritme verdeelt zich niet over een som.
  • De volgorde van de inverse bewerkingen omdraaien (eerst ln⁡\lnln nemen terwijl de +2+2+2 er nog bij staat).

Actieve herhaling

Bepaal de inverse van f(x)=2ln⁡(x)+1f(x)=2\ln(x)+1f(x)=2ln(x)+1 (met x>0x>0x>0) en van g(x)=(x−3)2g(x)=(x-3)^{2}g(x)=(x−3)2 op het domein x≥3x\ge 3x≥3. Geef bij elk het domein van de inverse.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

Inhoud

Sectie -- / 04

    • 01Het begrip inverse en omkeerbaarheid◐
    • 02De inverse berekenen◐
    • 03Grafiek van de inverse: spiegeling in y = x◐
    • 04Inverse van exponentieel, logaritme, wortel en kwadraat●

0/4 Gelezen

Van samenvatting naar oefening

Inverse functies

Verstevig dit onderwerp met vragen uit de vragenbank.

~17
min
4
Vaardigheden
Oefenen

Referenties en bronnen

Bronnen

CvTE / DUO

  • Examenblad.nl — wiskunde B (VWO)

Vorig onderwerp

Functies, grafieken en samenstellen

Volgend onderwerp

Vergelijkingen en ongelijkheden

EuraStudy·Samenvattingen T·05·MMXXVI

Ga verder met het volgende onderwerp — je leerpad blijft bewaard.