已知函数 $f(x)=\begin{cases} \dfrac{1}{2}\left(\mathrm{e}^x+\mathrm{e}^{-x}\right),&x\in(-\infty,0],\\
\sqrt{-\dfrac x2+1},&x\in(0,2], \end{cases}$ 则它的反函数 $f^{-1}(x)=$ 
【难度】
【出处】
2006年第十七届"希望杯"全国数学邀请赛高二(二试)
【标注】
【答案】
$f^{-1}(x)=\begin{cases} -2x^2+2,& x\in[0,1),\\
{\ln}(x-\sqrt{x^2-1}),& x\in[1,+\infty),\end{cases}$
【解析】
情形一 当 $x\leqslant 0$ 时,$$y=\dfrac12(\mathrm{e}^x+\mathrm{e}^{-x})\geqslant 1.$$由题$$2y=\mathrm{e}^x+\mathrm{e}^{-x},$$令 $t=\mathrm{e}^x$,由于 $x\leqslant 0$,所以 $0<t\leqslant 1$,所以$$t+\dfrac1t-2y=0.$$解得$$t=y\pm\sqrt{y^2-1},$$由于 $0<t\leqslant 1$,所以$$t=y-\sqrt{y^2-1},$$即有$$x={\ln}(y-\sqrt{y^2-1}),$$交换 $x,y$ 的位置,反函数为$$y={\ln}(x-\sqrt{x^2-1}),x\geqslant 1.$$情形二当 $0<x\leqslant 2$ 时,易求得 $y=\sqrt{-\dfrac x2+1}$ 的反函数为$$y=-2x^2+2,x\in[0,1).$$综上所述,所求反函数为$$f^{-1}(x)=\begin{cases} -2x^2+2,& x\in[0,1),\\
{\ln}(x-\sqrt{x^2-1}),& x\in[1,+\infty).\end{cases}$$
题目 答案 解析 备注
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