Teorema de la función inversa en $\mathbb{R}^n$

Enunciamos el teorema de la función inversa en $\mathbb{R}^n$ y proporcionamos ejemplos de aplicación.

RESUMEN TEÓRICO
  • Teorema (de la función inversa).  Sea $A\subset \mathbb{R}^n$ abierto, $a\in A$ y $f:A\to \mathbb{R}^n$ tales que:
    (i) $f$ es diferenciable con continuidad en $A$.
    (ii) $\det f'(a)\neq 0$.
    Entonces, existe una abierto $V\subset A$ que contiene a $a$ y un abierto $W\subset \mathbb{R}^n$ tales que $f:V\to W$ es biyectiva (por tanto existe $f^{-1}:W\to V$). Se verifica además:
    (a) $(f^{-1})'(y)=[f'(x)]^{-1}$ si $y=f(x)\in W$, o dicho en palabras, la jacobiana de la inversa es la inversa de la jacobiana.
    (b) Si $f$ es de clase $k$ en $A$, también $f^{-1}$ es de clase $k$ en $W$.
  •  

    Enunciado
  1. Para $0\leq x\leq \pi/2\;,\;0\leq y \leq \pi/2$ se considera la función
    $$f(x,y)=\left(\displaystyle\int_y^x\sin t\;dt\;,\int_{\pi/2}^{x+y}\cos\left( t-\frac{\pi}{2}\right)\;dt\right)$$ Calcular $(f^{-1})'(0,0)$.
  2. Sea $(a_n)_0^{\infty}$ una sucesión de números reales tales que $a_n>0$ para cada $n=0,1,2,\ldots$. Supongamos que la serie de potencias $\sum_{n=1}^{\infty}a_nx^n$ tiene radio de convergencia $R>1$. Sea $D=\{{ (x,y)\in \mathbb{R}^2:|x|<R,|y|<R }\}$ y definimos $f:D\rightarrow{\mathbb{R}^2}$ por:

    $f(x,y)=\left( y\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}a_nx^n,x\displaystyle\sum_{n=0}^{\infty}a_ny^n\right).$

    (a) Demostrar que $f$ es de clase $1$ en todos los puntos de $D$.
    (b)Demuéstrese que $f$ es localmente invertible en el punto $(1,1)$ sí, y sólo si, la suma de la serie $\sum_{n=1}^{\infty}a_n$ es distinta de la suma de la serie $\sum_{n=1}^{\infty}na_n$.

    Solución
  1. Ver Invertibilidad local y teorema fundamental del Cálculo.
  2. Ver Invertibilidad local con series de potencias.
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