Una regla puede transformar una entrada en una salida; otra regla puede actuar sobre ese resultado. Componer consiste en encadenar esos pasos e invertir consiste en deshacerlos, cuando sea posible recuperar una única entrada. Vamos desde recorridos numéricos hasta fórmulas, dominios e inversas.
Si necesitas repasar:
1. Una función asigna una única salida a cada entrada permitida
La regla f(x) = 2x + 1 primero duplica la entrada y después suma uno. Si entra cero, sale uno; si entra dos, sale cinco. f(2) nombra esa salida. Los paréntesis indican la entrada; no multiplican f por dos.
Una función f: A → B incluye un dominio A de entradas y un codominio B de llegadas permitidas. Cada entrada de A tiene exactamente una salida en B. La imagen f(A) reúne las salidas realmente alcanzadas y puede ser una parte de B. Diferentes entradas pueden compartir salida sin dejar de ser función.
Leer entrada y calcular salida
Para f(x) = 2x + 1, calcula f(−1), f(0) y f(2).
Entrada −1
2(−1) + 1 = −1.Entrada cero
2 · 0 + 1 = 1.Entrada dos
2 · 2 + 1 = 5.
Salidas −1, 1 y 5.
Se sustituyó toda aparición de la entrada, conservando el signo entre paréntesis.
Compartir salida no es el problema
La regla cuadrado en {−2; 0; 2} produce 4, 0 y 4. ¿Es función?
Cada entrada
Tiene una única salida.
Dos entradas distintas
−2 y 2 llegan a cuatro.
Conclusión
Sí es función; no exige salidas diferentes para entradas diferentes.
Sí.
Lo que impediría ser función es que una misma entrada tuviera dos salidas distintas.
2. Cada familia trae condiciones para admitir una entrada real
Un polinomio como x² + 1 admite todo real. Un cociente exige denominador no nulo. Una raíz cuadrada real exige radicando no negativo; un logaritmo, argumento positivo y base válida. En una exponencial b^x usamos b > 0; para invertirla como logaritmo, además b ≠ 1.
Seno y coseno admiten todo real como ángulo; tangente excluye π/2 + kπ en radianes, con k entero, porque su denominador coseno es cero. El valor absoluto admite todos los reales. Si una expresión mezcla familias, todas las restricciones deben cumplirse simultáneamente.
| Regla | Dominio real habitual |
|---|---|
| x² + 1 | ℝ |
| 1/x | ℝ sin cero |
| |x| | ℝ |
| √x | [0; +∞) |
| 2^x | ℝ |
| ln x | (0; +∞) |
| sen x y cos x | ℝ |
Una frontera incluida
Halla el dominio real de h(x) = √(x − 3).
Condición
x − 3 ≥ 0.Despejamos
x ≥ 3.Frontera
x = 3 da √0 = 0 y está permitido.
[3; +∞).
Dos queda fuera; tres y cuatro sí producen salidas reales.
Raíz y denominador
Halla el dominio de h(x) = √(x + 2)/(x − 1).
Raíz
x + 2 ≥ 0: x ≥ −2.Denominador
x ≠ 1.Ambas
[−2; 1) ∪ (1; +∞).
[−2; 1) ∪ (1; +∞).
El extremo −2 se incluye; el uno se elimina aunque la raíz allí sí exista.
3. En f compuesto con g, primero actúa g
(f ∘ g)(x) significa f(g(x)). La función de dentro g usa x y su salida se convierte en entrada de f. El circulito ∘ indica composición, no multiplicación. Para f(x) = 2x + 1 y g(x) = x², primero cuadrar y luego duplicar y sumar uno da 2x² + 1.
El resultado puede cambiar porque cambia la entrada que recibe la segunda regla. El dibujo conserva las mismas dos funciones y muestra los dos recorridos desde tres.
Una entrada, dos órdenes
Con f(x) = 2x + 1 y g(x) = x², evalúa ambos órdenes en x = 2.
g primero
g(2) = 4; f(4) = 9.f primero
f(2) = 5; g(5) = 25.Comparación
Nueve no es veinticinco.
(f ∘ g)(2) = 9; (g ∘ f)(2) = 25.
La segunda regla recibe cuatro en un recorrido y cinco en el otro.
Entrada negativa
Con las mismas reglas, evalúa ambos órdenes en x = −1.
g primero
g(−1) = 1; f(1) = 3.f primero
f(−1) = −1; g(−1) = 1.Resultados
Tres y uno.
(f ∘ g)(−1) = 3; (g ∘ f)(−1) = 1.
Cuadrar después de sumar no es lo mismo que sumar después de cuadrar.
4. El dominio de una composición pasa dos filtros
Para f(g(x)), primero x debe pertenecer al dominio de g. Después g(x) debe pertenecer al de f.
La condición de la segunda función se impone sobre su entrada g(x), no siempre directamente sobre x.
La fórmula final puede parecer más sencilla, pero no autoriza a olvidar valores donde un paso original no tenía sentido. Resolvemos ambas condiciones y conservamos su intersección.
La salida que debe entrar en una raíz
f(u) = √u y g(x) = 5 − x. Halla f ∘ g y su dominio.
Primer filtro
g admite todo real.
Segundo filtro
5 − x ≥ 0: x ≤ 5.Composición
√(5 − x).
(f ∘ g)(x) = √(5 − x), dominio (−∞; 5].
Cinco se incluye; seis produciría una raíz de −1.
La salida no puede ser cero
f(u) = 1/u, g(x) = x² − 1.
Primer filtro
g admite todos los reales.
Segundo
x² − 1 ≠ 0: x ≠ −1 y x ≠ 1.Regla
1/(x² − 1).
Dominio ℝ sin −1 ni 1.
El segundo filtro excluye entradas de g cuyas salidas anulan el denominador de f.
5. Para deshacer, cada salida debe identificar una única entrada
La inversa debe recibir una salida de f y recuperar la entrada que la produjo. Si dos entradas distintas tienen la misma salida, no puede elegir una sola y deshacer ambas. Esa ausencia de colisiones se llama inyectividad.
Para tener inversa de f: A → B definida en todo B, además cada elemento de B debe alcanzarse: sobreyectividad. Ambas propiedades juntas se llaman biyectividad. Si f es inyectiva pero B contiene valores no alcanzados, podemos hablar de inversa sobre su imagen f(A).
El cuadrado pierde el signo
¿Tiene f(x) = x², con dominio ℝ, una inversa que recupere cada entrada?
Dos entradas
−3 y 3.
Misma salida
Ambas producen nueve.
Problema de regreso
Desde nueve no se puede elegir una única entrada que sea las dos.
No tiene inversa global en ℝ con esa exigencia.
Sigue siendo una función válida: lo que falla es la recuperación única.
Cambiar el dominio puede resolverlo
Restringe f(x) = x² al dominio [0; +∞) y codominio [0; +∞).
Una sola rama
Ya no aparecen las parejas de signos opuestos.
Todas las llegadas
Cada y ≥ 0 es el cuadrado de √y.Regreso único
f⁻¹(y) = √y.
La restricción es biyectiva y su inversa es la raíz cuadrada.
La elección del dominio forma parte de la función, no es una nota decorativa.
6. Construimos una inversa despejando y conservando la rama
Escribimos y = f(x), despejamos la entrada original x en función de la salida y y después renombramos la entrada de la inversa. No intercambiamos letras como una receta que garantice inversa: antes debemos poder recuperar una sola entrada en el dominio elegido.
En una cuadrática restringida, el signo de la raíz depende de la rama.
Deshacer una regla afín
Halla la inversa de f(x) = 5x − 10 en ℝ.
Salida conocida
y = 5x − 10.Deshacemos en orden inverso
y + 10 = 5x; x = (y + 10)/5.Nombramos la inversa
f⁻¹(x) = (x + 10)/5.
f⁻¹(x) = (x + 10)/5.
f(4) = 10 y la inversa devuelve (10 + 10)/5 = 4.
Una rama desplazada
f(x) = (x − 2)², dominio [2; +∞), imagen [0; +∞). Halla su inversa.
Raíz
√y = |x − 2|.Dominio elegido
x ≥ 2, así que |x − 2| = x − 2.Despejamos
x = 2 + √y.
f⁻¹(x) = 2 + √x, con x ≥ 0.
La salida de la inversa queda siempre en [2; +∞), el dominio original.
7. La inversa intercambia dominio e imagen y refleja los pares
El par (a; b) se convierte en (b; a). En un gráfico de igual escala en los dos ejes, ese intercambio refleja los puntos respecto de y = x.
La notación f⁻¹ no significa 1/f. Una es una regla que deshace; la otra divide uno entre la salida de f y puede tener otro dominio. Para la inversa de una biyección f: A → B, el dominio pasa a ser B y el codominio A.
Intercambiar una pareja
Para f(x) = 2x + 1, se sabe f(1) = 3. ¿Qué punto debe tener su inversa?
Par original
(1; 3).
Regreso
f⁻¹(3) = 1.Punto inverso
(3; 1).
(3; 1).
La fórmula (x − 1)/2 da uno al introducir tres.
Inversa frente a recíproco
Compara f⁻¹(3) y 1/f(3) para f(x) = 2x + 1.
Inversa
(3 − 1)/2 = 1.Salida de f en tres
Siete.
Recíproco
1/7.
Dan uno y un séptimo, operaciones diferentes.
Para deshacer una salida tres buscamos qué entrada la produjo; no calculamos la salida de tres y la invertimos como fracción.
8. Comprobamos ida y vuelta en cada uno de sus dominios
Para una inversa de f: A → B se exige f⁻¹(f(x)) = x para cada x ∈ A y f(f⁻¹(y)) = y para cada y ∈ B. Son identidades en conjuntos declarados. Una comprobación numérica ayuda, pero el álgebra verifica todos los valores admitidos.
Comprobar solo una composición puede esconder una restricción. Con cuadrado y raíz, elevar después de sacar raíz recupera los argumentos no negativos; sacar raíz después de cuadrar devuelve |x| y no recupera entradas negativas.
Dos identidades algebraicas
f(x) = 5x − 10 y h(y) = (y + 10)/5, ambas de ℝ a ℝ.
Regreso desde una entrada de f
h(f(x)) = (5x − 10 + 10)/5 = x.Regreso desde una entrada de h
f(h(y)) = 5[(y + 10)/5] − 10 = y.Dominios
Las dos expresiones admiten todos los reales.
h es la inversa de f.
Se han comprobado ambas identidades, cada una con su entrada.
Una sola identidad no arregla la pérdida de signo
f(x) = x² en ℝ y h(y) = √y para y ≥ 0.
f después de h
(√y)² = y para y ≥ 0.h después de f
√(x²) = |x|.Entrada negativa
Con x = −2 devuelve dos, no menos dos.
h no es inversa global del cuadrado en ℝ.
La primera identidad funciona en su dominio y aun así la segunda falla en parte del dominio original.
9. Simplificar la fórmula no elimina los filtros de entrada
La composición se define por un recorrido, no solo por la fórmula que queda al final. Para f(u) = u² y g(x) = √x, f(g(x)) se simplifica a x, pero solo se puede iniciar para x ≥ 0. La identidad resultante está restringida a ese conjunto.
Lo mismo ocurre al cancelar un denominador. Una expresión puede coincidir con una regla más sencilla donde estaba definida sin adquirir automáticamente los valores excluidos. Este cuidado prepara la diferencia entre valor en un punto y límite cerca de él.
Dos órdenes con dominios distintos
f(u) = u² y g(x) = √x. Halla las dos composiciones.
f después de g
(√x)² = x, pero el primer paso exige x ≥ 0.g después de f
√(x²) = |x|, definido para todo x real.Prueba negativa
−2 no puede entrar en el primer recorrido; el segundo devuelve dos.
f ∘ g es x en [0; +∞); g ∘ f es |x| en ℝ.
Las fórmulas y los dominios cambian con el orden.
Cancelar no vuelve a abrir una entrada excluida
g(x) = (x² − 1)/(x − 1), con x ≠ 1; f(u) = u − 1 en ℝ. Halla f ∘ g.
Dominio interior
x ≠ 1.Simplificamos donde está permitido
g(x) = x + 1, luego f(g(x)) = x.Conservamos la restricción
La fórmula final x solo representa la composición para x ≠ 1.
(f ∘ g)(x) = x con dominio ℝ sin uno.
En uno no existe el primer paso original; asignarlo sería extender la función.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Orden de composición
f(x)=2x+1 y g(x)=x². Halla (f∘g)(x) y (g∘f)(x).
f después de g
Sustituimos la entrada de f por g(x) = x²: 2x² + 1.g después de f
Sustituimos la entrada de g por f(x) = 2x + 1: (2x + 1)².Dominios
Ambas reglas originales son polinomios en ℝ, así que las dos composiciones admiten todo real.
Comprobación de diferencia
En x = 1 dan tres y nueve, respectivamente.
2x²+1 y (2x+1)².
En x=1 dan 3 y 9 respectivamente.
EJEMPLO RESUELTO 2
Inversa afín
Halla la inversa de f(x)=3x−6 en R.
Salida
y = 3x − 6.Deshacemos
y + 6 = 3x; x = (y + 6)/3.Inversa
f⁻¹(x) = (x + 6)/3 en ℝ.Primer regreso
f⁻¹(f(x)) = (3x − 6 + 6)/3 = x.Segundo regreso
f(f⁻¹(y)) = 3[(y + 6)/3] − 6 = y.
f⁻¹(x)=(x+6)/3.
3((x+6)/3)−6=x.
Los símbolos que hemos usado
- f:X→Y
- Función con dominio X y codominio declarado Y.
- f(X)
- Imagen: salidas que realmente alcanza f, contenidas en Y.
- (f∘g)(x)=f(g(x))
- Composición: primero se aplica g y después f.
- Inyectiva
- Entradas diferentes siempre producen salidas diferentes.
- Sobreyectiva sobre Y
- Toda salida de Y es alcanzada desde alguna entrada de X.
- f⁻¹
- Función inversa, que recupera la entrada única desde una salida.
- Identidad
- Función que devuelve la misma entrada: I(x)=x.
- D_f
- Dominio de la función f.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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