三角函數(shù)家族科普大全(二):探尋家族24個(gè)函數(shù)的定義域、值域、圖像、導(dǎo)函數(shù)及原函數(shù)
書接上回,繼續(xù)探訪剩余兩大類函數(shù),沒有看過第一期的,可點(diǎn)此前往第一期觀看三角函數(shù)家族第一期科普(本篇文章也是建議在電腦端進(jìn)行觀看,公式都是以圖片的形式插入的,如果在手機(jī)端觀看排版可能會(huì)出現(xiàn)問題,影響觀感)
三.雙曲正弦、雙曲余弦、雙曲正切、雙曲余切、雙曲正割、雙曲余割
從這類函數(shù)開始,大家可能就比較陌生了,可能大部分人都沒有聽說過,沒關(guān)系,馬上來進(jìn)行介紹
1.,也就是雙曲正弦函數(shù),定義域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">,導(dǎo)函數(shù)為
,原函數(shù)為

2.,也就是雙曲余弦函數(shù),定義域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20%5B1%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20%5B1%2C%2B%E2%88%9E)">,導(dǎo)函數(shù)為
,原函數(shù)為

3.,也就是雙曲正切函數(shù),即雙曲正弦函數(shù)除以雙曲余弦函數(shù),定義域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-1%2C1)" alt="y%5Cin%20(-1%2C1)">,導(dǎo)函數(shù)為
原函數(shù)為
Tips:對(duì)于雙曲正弦函數(shù)和雙曲余弦函數(shù),有關(guān)系式,證明方法為

4.,也就是雙曲余切函數(shù),即雙曲余弦函數(shù)除以雙曲正弦函數(shù),因?yàn)殡p曲正弦函數(shù)作為分母,定義域需要滿足
,即
,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C-1)%5Ccup%20(1%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C-1)%5Ccup%20(1%2C%2B%E2%88%9E)">,導(dǎo)函數(shù)為
原函數(shù)為

5.,也就是雙曲正割函數(shù),即雙曲余弦函數(shù)的倒數(shù),定義域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(0%2C1%5D" alt="y%5Cin%20(0%2C1%5D">,導(dǎo)函數(shù)為
原函數(shù)為

6.,也就是雙曲余割函數(shù),即雙曲正弦函數(shù)的倒數(shù),因?yàn)殡p曲正弦函數(shù)作為分母,定義域需要滿足
,即
,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)">

導(dǎo)函數(shù)為原函數(shù)推導(dǎo)過程如下

四.反雙曲正弦、反雙曲余弦、反雙曲正切、反雙曲余切、反雙曲正割、反雙曲余割
或許你已經(jīng)猜到了,沒錯(cuò),這一類函數(shù)又是與前面一類相對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)于對(duì)稱,同樣的,有一部分反函數(shù)對(duì)稱之后的圖像會(huì)導(dǎo)致一個(gè)x值對(duì)應(yīng)多個(gè)y值,需要舍棄掉其中一個(gè)分支,下面展開介紹
1.,也就是反雙曲正弦函數(shù)
與關(guān)于
對(duì)稱,定義域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">

導(dǎo)函數(shù)為再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

2.,也就是反雙曲余弦函數(shù)
與關(guān)于
對(duì)稱,但是對(duì)稱之后的圖像會(huì)導(dǎo)致一個(gè)x值對(duì)應(yīng)兩個(gè)y值,數(shù)學(xué)上只選取位于x軸上方的分支,舍棄掉x軸下方的分支,所以值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20%5B0%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20%5B0%2C%2B%E2%88%9E)">。定義域需要同時(shí)滿足
,解不等式組得到

導(dǎo)函數(shù)為再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

3.,也就是反雙曲正切函數(shù),與
關(guān)于
對(duì)稱,定義域需要同時(shí)滿足
,解不等式組得到
,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E)">

導(dǎo)函數(shù)為再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

4.,也就是反雙曲余切函數(shù),與
關(guān)于
對(duì)稱,定義域需要同時(shí)滿足
,解不等式組得到
,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)">

導(dǎo)函數(shù)為
再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

5.,也就是反雙曲正割函數(shù),與
關(guān)于
對(duì)稱,但是對(duì)稱之后的圖像會(huì)導(dǎo)致一個(gè)x值對(duì)應(yīng)兩個(gè)y值,數(shù)學(xué)上只選取位于x軸上方的分支,舍棄掉x軸下方的分支,所以值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20%5B0%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20%5B0%2C%2B%E2%88%9E)">。定義域需要同時(shí)滿足
,解不等式組得到

導(dǎo)函數(shù)計(jì)算過程如下

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

6.最后一個(gè)函數(shù)為反雙曲余割函數(shù),它的解析式比較特殊,需要分兩段來寫,即
與關(guān)于
對(duì)稱
定義域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)" alt="x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)">,值域?yàn)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)" alt="y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C0)%5Ccup%20(0%2C%2B%E2%88%9E)">

相應(yīng)地,導(dǎo)函數(shù)也需要分成兩段來寫,即

原函數(shù)也是一樣要分為兩段

到此,三角函數(shù)家族里的24個(gè)函數(shù)已經(jīng)初步地介紹完了,我們可以發(fā)現(xiàn)一些有趣的規(guī)律,例如,我們在求反函數(shù)系列的12個(gè)函數(shù)的原函數(shù)時(shí),都清一色地用到了同一個(gè)方法,那就是分部積分法。另外更有意思的是,只要有這四個(gè)函數(shù),其余20個(gè)函數(shù)都可以由這四個(gè)函數(shù)衍生得到,例如正切函數(shù)是正弦函數(shù)除以余弦函數(shù)得到的,正割函數(shù)是由余弦函數(shù)取倒數(shù)得到的,反正弦函數(shù)是由正弦函數(shù)關(guān)于
對(duì)稱得到的等等。(因?yàn)椴迦氲膱D片數(shù)量已快達(dá)到100張的上限,我還想繼續(xù)介紹反雙曲函數(shù)系列解析式的由來,下期將開啟一個(gè)番外篇來進(jìn)行介紹)