Para provarmos que a
função é bijetiva, vamos provar, separadamente, que ela é injetiva e
sobrejetiva. Provando que ela é:
→ Injetiva:
Uma função é dita injetiva se, para
quaisquer dois elementos
e
do
domínio, vale a relação:

Isto é, elementos diferentes do domínio possuem
imagens diferentes. Então, vamos supor por absurdo que existem
elementos
tais
que
. Vamos supor também, sem perda de
generalidade, que
:

Então
ou
:
- Se
:

- Se
:

Mas:
.
Então:

O que demonstra que a função é injetiva.
→ Sobrejetiva:
Sabe-se que a função exponencial é
contínua. Como a lei de formação de
é uma combinação linear de duas exponenciais,
também é
contínua. Agora, vamos analisar os valores da função nas bordas do intervalo do
domínio:
- Limite à esquerda:

- Limite à direita:

Vamos provar agora que a função é estritamente
crescente para
. Tomemos
.
Suponha, por absurdo que possamos ter
.
Desenvolvendo a desigualdade:

Como
e
são não negativos e
, temos que
.
Assim, podemos dividir os dois lados da desigualdade por esse fator sem alterar
o sinal, obtendo:

Portanto, a função é
estritamente crescente. Desse modo, a função assume todos os valores que estejam
entre seus limites laterais, o que conclui que a função é sobrejetiva no
intervalo dado.

Já que a função é
bijetiva, ela possui uma inversa. Vamos tentar encontrá-la. Faremos isso “trocando”
e
de posição em
:

Considere uma nova
variável
a fim de facilitar a visualização do que está
ocorrendo:

Então, temos que
. Note que a função é crescente
para o sinal positivo e decrescente para o sinal negativo (basta analisarmos o
sinal da derivada). Para descobrimos sinal correto, portanto, analisaremos o
crescimento da função inversa. Seja
. Considere também
que
e
, com
. Como
é estritamente crescente, temos que
.
Então:

Então, temos
para
, isto é, a função inversa cresce conforme cresce a coordenada na qual ela é aplicada, o que mostra que a inversa de
também é estritamente crescente. Logo, a única opção
para a inversa é:
