الدوال العكسية
رجعنا إلى الرقم الأصلي 4 ✓
منحنى f⁻¹ هو انعكاس منحنى f حول الخط y = x — اسحب المنزلق لاستكشاف f(x) = ax:
النقطة (a, b) على f تقابلها النقطة (b, a) على f⁻¹
اختر دالة وحرّك الخط الأفقي — الخط الأخضر يجتاز، البرتقالي لا يجتاز:
f⁻¹(f(100)) = f⁻¹(26.67) = 100 ريال ✓
| الدالة | اختبار رأسي | اختبار أفقي | عكسية؟ |
|---|---|---|---|
| y = 2x | ✓ | ✓ | نعم |
| y = x³ | ✓ | ✓ | نعم |
| y = x² | ✓ | ✗ | لا |
| y = |x| | ✓ | ✗ | لا |
| y = 5 | ✓ | ✗ | لا |
مفهوم الدالة العكسية
في هذا الدرس سنتعرف على مفهوم الدالة العكسية، ونفهم فكرتها، والعلاقة بينها وبين الدالة الأصلية، ثم نتعرف على الشروط اللازمة لوجود دالة عكسية.
مراجعة سريعة لمفهوم الدالة
الدالة هي علاقة بين متغيرين:
- المتغير المستقل، ويُمثل عادةً على المحور الأفقي \(X\). - المتغير التابع، ويُمثل على المحور العمودي \(Y\).
ولكي تمثل العلاقة دالة، يجب أن تجتاز **اختبار الخط الرأسي**، أي أن كل قيمة للمتغير المستقل يقابلها قيمة واحدة فقط للمتغير التابع.
ما هي الدالة العكسية؟
الدالة العكسية هي الدالة التي **تعكس تأثير الدالة الأصلية**.
فإذا كانت الدالة الأصلية تقوم بعملية معينة على المدخلات، فإن الدالة العكسية تقوم بإلغاء هذه العملية وإرجاع القيمة الأصلية.
فعلى سبيل المثال:
- إذا كانت الدالة: \[ f(x)=x^2 \] فإن دالتها العكسية تكون الجذر التربيعي (ضمن المجال المناسب).
- وإذا كانت الدالة: \[ f(x)=2x \] فإن دالتها العكسية هي: \[ f^{-1}(x)=\frac{x}{2} \]
كيف تعمل الدالة العكسية؟
إذا أدخلنا قيمة في الدالة الأصلية، ثم أخذنا الناتج وأدخلناه في الدالة العكسية، فإننا نحصل على القيمة الأصلية مرة أخرى.
مثال:
لدينا:
\[ f(x)=2x \]
ودالتها العكسية:
\[ f^{-1}(x)=\frac{x}{2} \]
إذا أدخلنا العدد 4:
\[ f(4)=8 \]
ثم أدخلنا الناتج في الدالة العكسية:
\[ f^{-1}(8)=4 \]
وبذلك أعادتنا الدالة العكسية إلى القيمة الأصلية.
العلاقة البيانية بين الدالة ودالتها العكسية
عند رسم الدالة الأصلية والدالة العكسية على المستوى الإحداثي، نجد أن المنحنيين متناظران حول المستقيم:
\[ y=x \]
فمثلاً:
- الدالة: \[ y=2x \]
- والدالة العكسية: \[ y=\frac{x}{2} \]
هما صورتان منعكستان حول المستقيم:
\[ y=x \]
وكذلك إذا أخذنا الجزء الموجب فقط من الدالة:
\[ y=x^2 \]
فإن دالتها العكسية:
\[ y=\sqrt{x} \]
وتكون أيضًا متناظرة معها حول المستقيم:
\[ y=x \]
اختبار الخط الأفقي
اختبار الخط الأفقي يختلف عن اختبار الخط الرأسي.
- اختبار الخط الرأسي يحدد هل العلاقة تمثل دالة أم لا. - أما اختبار الخط الأفقي فيحدد هل للدالة دالة عكسية أم لا.
شرط وجود الدالة العكسية
لكي تمتلك الدالة دالة عكسية، يجب أن تجتاز **اختبار الخط الأفقي**.
أي أن كل قيمة مختلفة للمتغير المستقل \(X\) يجب أن تنتج قيمة مختلفة للمتغير التابع \(Y\).
ويُعرف هذا الشرط باسم:
**One-to-One Function**
أي علاقة واحد لواحد.
مثال على دالة لا تمتلك دالة عكسية
لنأخذ الدالة الثابتة:
\[ y=5 \]
هذه الدالة تجتاز اختبار الخط الرأسي لأنها دالة بالفعل.
لكنها لا تجتاز اختبار الخط الأفقي، لأن جميع قيم \(X\) تعطي نفس القيمة:
\[ y=5 \]
ولذلك لا يمكن إيجاد دالة عكسية لها.
مثال واقعي: تحويل العملات
لنفترض أننا نحول بين الريال السعودي والدولار الأمريكي.
إذا اعتبرنا:
- المدخل هو الريال السعودي. - والمخرج هو الدولار الأمريكي.
فسنحصل على دالة خطية تمثل عملية التحويل.
فمثلاً يمكن أن نسأل:
- كم دولارًا يقابل ريالًا سعوديًا واحدًا؟ - كم دولارًا يقابل 100 ريال؟ - كم دولارًا يقابل 1000 ريال؟
أما الدالة العكسية، فإنها تعكس السؤال تمامًا.
فيصبح المدخل هو الدولار، والمخرج هو الريال السعودي.
فتصبح الأسئلة:
- كم ريالًا يقابل دولارًا واحدًا؟ - كم ريالًا يقابل 50 دولارًا؟ - كم ريالًا يقابل 100 دولار؟
وعند رسم الدالتين على نفس المستوى الإحداثي، نجد أنهما متناظرتان حول المستقيم:
\[ y=x \]
وهذه إحدى أهم خصائص الدوال العكسية.
ملخص الدرس
- الدالة العكسية تعكس تأثير الدالة الأصلية. - إدخال ناتج الدالة الأصلية في الدالة العكسية يعيد القيمة الأصلية. - منحنى الدالة والدالة العكسية متناظران حول المستقيم: \[ y=x \] - وجود الدالة العكسية يتطلب أن تجتاز الدالة اختبار الخط الأفقي. - اختبار الخط الرأسي يحدد هل العلاقة دالة. - اختبار الخط الأفقي يحدد هل للدالة دالة عكسية. - الدوال التي تحقق علاقة **One-to-One** فقط هي التي تمتلك دالة عكسية.
عن هذا الدرس
شرح درس العلاقات والدوال العكسية في ثاني ثانوي، الفصل الثاني، الثانوية — فيديو تعليمي، أمثلة محلولة، اختبار لفهمك من أكاديمية موسى هذا الدرس ضمن الفصل الثاني لمنهج الثانوية ثاني ثانوي في أكاديمية موسى.