라 하자. 가 일대일함수가 되는, 을 포함하는 가장 큰 구간은 무엇인가? 를 이 구간으로 제한할 때, 의 정의역과 치역은 무엇인가?
영어 원문 보기
Let . What is the largest interval containing over which is one–to–one? What are the domain and range of , if we restrict to this interval?
정답·풀이 보기
가 어떤 구간에서 일대일함수이면, 그 구간의 서로 다른 두 수에서 같은 값을 갖지 않는다. 롤의 정리에 의해, 서로 다른 , 에 대해 이면 와 사이의 어떤 에 대해 이다. 이므로, 어떤 정수 에 대해 일 때 이다. 따라서 특히 와 가 구간 의 서로 다른 수이면, 와 사이에 있는 모든 (양 끝은 제외)에 대해 이므로 롤의 정리에 의해 이다. 그러므로 는 구간 에서 일대일함수이다.
또한 구간 을 더 넓혀서 가 여전히 일대일함수가 되도록 할 수는 없음을 보여야 한다. 도함수 를 생각하자. 인 모든 에 대해 이므로 ( 의 그래프를 직접 그려 보세요) 이고 는 증가한다. 그러나 에서 이고, 가 보다 조금 크면 이므로 이고 는 감소한다. 따라서 그래프가 “방향을 바꾸어” 는 같은 값을 다시 갖는다. ( 의 그래프를 아래에서 보세요.) 가 보다 조금 작은 경우에도 마찬가지이다.

역함수 를 정의할 때, 먼저 를 로 제한한다. 그러면 의 치역도 이다. 의 정의역은 이 구간에서 의 치역이므로 이다.
원본 교재 풀이(영어)
If is one–to–one over an interval, it never takes the same value for two distinct numbers in that interval. By Rolle's Theorem, if for distinct and , then for some between and . Since , when for some integer . So, in particular, if and are distinct numbers in the interval , then for every strictly between and , , so by Rolle's Theorem . Therefore is one–to–one on the interval .
We should also show that the interval cannot be extended to a larger interval over which is still one–to–one. Consider the derivative . For all , we have (sketch the graph of yourself) so that and is increasing. But at , , and then for a bit bigger than we have so that and is decreasing. So the graph “reverses direction", and repeats values. (See the graph of below.) The same is true for a little smaller than

When we define the inverse function , first we restrict to . Then the range of is also . The domain of is the range of over this interval, so .
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 2.13절 · 21번우리말 번역
와 가 구간 에서 연속이고 구간 에서 미분가능한 함수라고 하자. 또한 이고 라고 하자. 인 가 존재함을 보이세요.
다 풀었으면 정답 확인
로 놓으면 이고 임을 알 수 있다. 는 에서 연속이고 에서 미분가능한 두 함수의 차이므로 도 에서 연속이고 에서 미분가능하다. 따라서 평균값 정리에 의해 인 가 존재한다. 가 구간이므로 이고, 따라서 위 식의 분모는 양수이다. 또 이므로 위 식의 분자도 양수이다. 그러므로 어떤 에 대해 이다. 이므로, 어떤 에 대해 라는 결론을 얻는다.