Непрерывность обратной функции

Пусть  -- функция, непрерывная на отрезке . Предположим, что монотонна на ; пусть, для определённости, она монотонно возрастает: из следует, что . Тогда образом отрезка будет отрезок , где и (действительно, непрерывная функция принимает любое промежуточное между и значение, причём ровно один раз, что следует из монотонности). Поэтому существует обратная к функция функция, действующая из в . Очевидно, что монотонно возрастает. (Если бы функция была монотонно убывающей, то и обратная к ней функция тоже была бы монотонно убывающей.)

        Теорема 3.11   Пусть  -- непрерывная монотонная функция, , . Тогда обратная к функция непрерывна на отрезке .

        Доказательство.     Во-первых, заметим, что если , , то .

Во-вторых, пусть ; рассмотрим функцию , которая определена при . Очевидно, что  -- непрерывная на функция, поэтому она принимает наименьшее значение в некоторой точке :

Таким образом, если , то , то есть если , то . Последнее утверждение можно переформулировать так: для любого числа найдётся число , такое что при выполняется неравенство . (При этом , , , .) Получили, что функция удовлетворяет определению равномерной непрерывности на отрезке ; тем самым доказано утверждение теоремы.    

69