三角学示例

$f (x) = 3^{x} - 1$

解题步骤 1

将 $f (x) = 3^{x} - 1$ 写为等式。

$y = 3^{x} - 1$

解题步骤 2

交换变量。

$x = 3^{y} - 1$

解题步骤 3

求解 $y$ 。

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解题步骤 3.1

将方程重写为 $3^{y} - 1 = x$ 。

$3^{y} - 1 = x$

解题步骤 3.2

在等式两边都加上 $1$ 。

$3^{y} = x + 1$

解题步骤 3.3

取方程两边的自然对数从而去掉指数中的变量。

$\ln (3^{y}) = \ln (x + 1)$

解题步骤 3.4

通过将 $y$ 移到对数外来展开 $\ln (3^{y})$ 。

$y \ln (3) = \ln (x + 1)$

解题步骤 3.5

将 $y \ln (3) = \ln (x + 1)$ 中的每一项除以 $\ln (3)$ 并化简。

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解题步骤 3.5.1

将 $y \ln (3) = \ln (x + 1)$ 中的每一项都除以 $\ln (3)$ 。

$\frac{y \ln (3)}{\ln (3)} = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$

解题步骤 3.5.2

化简左边。

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解题步骤 3.5.2.1

约去 $\ln (3)$ 的公因数。

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解题步骤 3.5.2.1.1

约去公因数。

$\frac{y \ln (3)}{\ln (3)} = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$

解题步骤 3.5.2.1.2

用 $y$ 除以 $1$ 。

$y = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$

解题步骤 4

使用 $f^{- 1} (x)$ 替换 $y$ ，以得到最终答案。

$f^{- 1} (x) = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$

解题步骤 5

验证 $f^{- 1} (x) = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$ 是否为 $f (x) = 3^{x} - 1$ 的反函数。

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解题步骤 5.1

要验证反函数，请检查 $f^{- 1} (f (x)) = x$ 和 $f (f^{- 1} (x)) = x$ 是否成立。

解题步骤 5.2

计算 $f^{- 1} (f (x))$ 。

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解题步骤 5.2.1

建立复合结果函数。

$f^{- 1} (f (x))$

解题步骤 5.2.2

通过将 $f$ 的值代入 $f^{- 1}$ 来计算 $f^{- 1} (3^{x} - 1)$ 。

$f^{- 1} (3^{x} - 1) = \frac{\ln ((3^{x} - 1) + 1)}{\ln (3)}$

解题步骤 5.2.3

合并 $3^{x} - 1 + 1$ 中相反的项。

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解题步骤 5.2.3.1

将 $- 1$ 和 $1$ 相加。

$f^{- 1} (3^{x} - 1) = \frac{\ln (3^{x} + 0)}{\ln (3)}$

解题步骤 5.2.3.2

将 $3^{x}$ 和 $0$ 相加。

$f^{- 1} (3^{x} - 1) = \frac{\ln (3^{x})}{\ln (3)}$

解题步骤 5.2.4

通过将 $x$ 移到对数外来展开 $\ln (3^{x})$ 。

$f^{- 1} (3^{x} - 1) = \frac{x \ln (3)}{\ln (3)}$

解题步骤 5.2.5

约去 $\ln (3)$ 的公因数。

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解题步骤 5.2.5.1

约去公因数。

$f^{- 1} (3^{x} - 1) = \frac{x \ln (3)}{\ln (3)}$

解题步骤 5.2.5.2

用 $x$ 除以 $1$ 。

$f^{- 1} (3^{x} - 1) = x$

解题步骤 5.3

计算 $f (f^{- 1} (x))$ 。

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解题步骤 5.3.1

建立复合结果函数。

$f (f^{- 1} (x))$

解题步骤 5.3.2

通过将 $f^{- 1}$ 的值代入 $f$ 来计算 $f (\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)})$ 。

$f (\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}) = 3^{\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}} - 1$

解题步骤 5.3.3

化简每一项。

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解题步骤 5.3.3.1

使用换底公式 $\frac{\log_{b} (x)}{\log_{b} (a)} = \log_{a} (x)$ 。

$f (\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}) = 3^{\log_{3} (x + 1)} - 1$

解题步骤 5.3.3.2

指数函数和对数函数互为反函数。

$f (\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}) = x + 1 - 1$

解题步骤 5.3.4

合并 $x + 1 - 1$ 中相反的项。

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解题步骤 5.3.4.1

从 $1$ 中减去 $1$ 。

$f (\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}) = x + 0$

解题步骤 5.3.4.2

将 $x$ 和 $0$ 相加。

$f (\frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}) = x$

解题步骤 5.4

由于 $f^{- 1} (f (x)) = x$ 和 $f (f^{- 1} (x)) = x$ ，因此 $f^{- 1} (x) = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$ 为 $f (x) = 3^{x} - 1$ 的反函数。

$f^{- 1} (x) = \frac{\ln (x + 1)}{\ln (3)}$

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