Umkehrfunktionen ermöglichen es, die durch eine Funktion ausgeführte Abbildung „rückgängig“ zu machen, indem der Abbildungsvorgang genau „umgekehrt“ wird.
Sie werden verwendet, wenn für einen gegebenen Funktionswert einer Funktion der entsprechende Wert für ermittelt werden soll.
Manche Funktionen können aber nicht umgekehrt werden und haben daher keine Umkehrfunktion.
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Eine Funktion mit Definitionsbereich und Zielbereich ist umkehrbar, wenn es zu jedem Funktionswert aus dem Zielbereich genau ein Argument aus dem Definitionsbereich gibt mit . Die Umkehrung der Funktion bezeichnet man mit .
Beispiel 1
Die Funktion mit
ist umkehrbar, denn jeder Wert aus dem Zielbereich besitzt genau ein Urbild:
Bild 3 Die Funktion
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Wenn die Funktion umkehrbar ist, dann bezeichnet man mit
die Umkehrfunktion von mit
Anschaulich kann man sich als eine Maschine vorstellen, die in überführt. Dann ist eine Maschine, die diesen Prozess rückgängig macht.
Beispiel 2
Wir betrachten die Funktion
mit
Die Gleichung besitzt genau eine Lösung:
Also erhält man die Umkehrfunktion:
Um diese Funktion ins gleiche Koordinatensystem einzuzeichnen, geht man dazu über, die Variable der Umkehrfunktion mit statt zu bezeichnen und
erhält die Umkehrfunktion mit
Bild 4 Die Funktion (rot) und ihre Umkehrfunktion (blau)
Nicht alle Funktionen sind umkehrbar. Die nachfolgende Funktion stellt ein Beispiel dar, bei dem eine Umkehrfunktion nur auf einem Teil des Definitionsbereiches definiert werden kann.
Beispiel 3
Die Funktion mit
ist nicht umkehrbar. Jeder Wert besitzt zwei Urbilder:
Zu allen Werten existiert kein Urbild, für gibt es genau ein Urbild .