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三角函數(shù)家族科普大全(一):探尋家族24個函數(shù)的定義域、值域、圖像、導(dǎo)函數(shù)及原函數(shù)

2023-07-09 10:10 作者:無風(fēng)云不動云動心如風(fēng)  | 我要投稿

本篇文章將帶領(lǐng)大家探訪三角函數(shù)家族,初步了解家族里面的24個成員,24個函數(shù)可以分為4大類,一類里面有6個函數(shù),話不多說,直接切入正題(建議在電腦端進行觀看,本篇文章的公式都是以圖片的形式插入的,如果在手機端觀看排版可能會出現(xiàn)問題,影響觀感)

一.正弦、余弦、正切、余切、正割、余割

首先出場的,當(dāng)然是大家最為熟悉的老朋友了,尤其是前三個,大家高中時期做三角函數(shù)題一定沒少被前面三個兄弟折磨過,下面展開介紹

1.y%3Dsinx,也就是正弦函數(shù),定義域為x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E),值域為y%5Cin%20%5B-1%2C1%5D,導(dǎo)函數(shù)為(sinx)'%3Dcosx,原函數(shù)為%E2%88%ABsinxdx%3D-cosx%2Bc

y=sinx圖像

2.y%3Dcosx,也就是余弦函數(shù),定義域為x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E),值域為y%5Cin%20%5B-1%2C1%5D,導(dǎo)函數(shù)為(cosx)'%3D-sinx,原函數(shù)為%E2%88%ABcosxdx%3Dsinx%2Bc

y=cosx圖像

3.y%3Dtanx,也就是正切函數(shù),即正弦函數(shù)除以余弦函數(shù),因為余弦函數(shù)在分母,所以定義域需要滿足cosx%5Cneq%200,即x%5Cin(-%20%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2Bk%5Cpi%20%2C%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2Bk%5Cpi%20)%2Ck%5Cin%20z,值域為y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E),導(dǎo)函數(shù)為(tanx)'%3D(%5Cfrac%7Bsinx%7D%7Bcosx%7D%20)'%3D%5Cfrac%7B(sinx)'*cosx-sinx*(cosx)'%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B(cosx)%5E2%2B(sinx)%5E2%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D(secx)%5E2原函數(shù)為%E2%88%ABtanxdx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bsinx%7D%7Bcosx%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bd(-cosx)%7D%7Bcosx%7D%20%3D-ln%5Cvert%20cosx%20%5Cvert%20%2Bc

y=tanx圖像

4.y%3Dcotx,也就是余切函數(shù),即余弦函數(shù)除以正弦函數(shù),因為正弦函數(shù)在分母,所以定義域需要滿足sinx%5Cneq%200,即x%5Cin(k%5Cpi%20%2C%5Cpi%20%2Bk%5Cpi%20)%2Ck%5Cin%20z,值域為y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E),導(dǎo)函數(shù)為(cotx)'%3D(%5Cfrac%7Bcosx%7D%7Bsinx%7D%20)'%3D%5Cfrac%7B(cosx)'*sinx-cosx*(sinx)'%7D%7B(sinx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B-(sinx)%5E2-(cosx)%5E2%7D%7B(sinx)%5E2%7D%20%3D-%5Cfrac%7B1%7D%7B(sinx)%5E2%7D%20%3D-(cscx)%5E2原函數(shù)為%E2%88%ABcotxdx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bcosx%7D%7Bsinx%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bd(sinx)%7D%7Bsinx%7D%20%3Dln%5Cvert%20sinx%20%5Cvert%20%2Bc

y=cotx圖像

5.y%3Dsecx,也就是正割函數(shù),即余弦函數(shù)的倒數(shù),定義域和正切函數(shù)一樣都是x%5Cin(-%20%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2Bk%5Cpi%20%2C%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2Bk%5Cpi%20)%2Ck%5Cin%20z,值域為y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C-1%5D%5Ccup%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E),導(dǎo)函數(shù)為(secx)'%3D(%5Cfrac%7B1%7D%7Bcosx%7D%20)'%3D%5Cfrac%7B1'*cosx-1*(cosx)'%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7Bsinx%7D%7B(cosx)%5E2%20%7D%20%3D%5Cfrac%7Bsinx%7D%7Bcosx%7D%20*%5Cfrac%7B1%7D%7Bcosx%7D%20%3Dsecx*tanx原函數(shù)為%E2%88%ABsecxdx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bsecx*(secx%2Btanx)%7D%7Bsecx%2Btanx%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7B(secx)%5E2%2Bsecx*tanx%7D%7Bsecx%2Btanx%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bd(secx%2Btanx)%7D%7Bsecx%2Btanx%7D%20%3Dln%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20%2Bc

y=secx圖像

6.y%3Dcscx,也就是余割函數(shù),即正弦函數(shù)的倒數(shù),定義域和余切函數(shù)一樣都是x%5Cin(k%5Cpi%20%2C%5Cpi%20%2Bk%5Cpi%20)%2Ck%5Cin%20z,值域為y%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C-1%5D%5Ccup%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E),導(dǎo)函數(shù)為(cscx)'%3D(%5Cfrac%7B1%7D%7Bsinx%7D%20)'%3D%5Cfrac%7B1'*sinx-1*(sinx)'%7D%7B(sinx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B-cosx%7D%7B(sinx)%5E2%20%7D%20%3D-%5Cfrac%7Bcosx%7D%7Bsinx%7D%20*%5Cfrac%7B1%7D%7Bsinx%7D%20%3D-cscx*cotx原函數(shù)為%E2%88%ABcscxdx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bcscx*(cscx%2Bcotx)%7D%7Bcscx%2Bcotx%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7B(cscx)%5E2%2Bcscx*cotx%7D%7Bcscx%2Bcotx%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7Bd(-cscx-cotx)%7D%7Bcscx%2Bcotx%7D%20%3D-ln%5Cvert%20cscx%2Bcotx%20%5Cvert%20%2Bc

y=cscx圖像

二.反正弦、反余弦、反正切、反余切、反正割、反余割

接下來這組函數(shù),有學(xué)過高數(shù)的朋友應(yīng)該也不陌生,這組函數(shù)分別與第一組對應(yīng)的函數(shù)關(guān)于y%3Dx對稱,但由于反函數(shù)對稱之后的圖像,會導(dǎo)致一個x值對應(yīng)多個y值,不符合函數(shù)的定義,所以數(shù)學(xué)上只截取了其中一小段,下面展開介紹

1.y%3Darcsinx,也就是反正弦函數(shù),與y%3Dsinx關(guān)于y%3Dx對稱,定義域為x%5Cin%20%5B-1%2C1%5D,但是正如上文提到過的問題,數(shù)學(xué)上只截取值域為y%5Cin%20%5B-%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2C%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%5D這一段

y=arcsinx圖像

其導(dǎo)函數(shù)推導(dǎo)過程如下所示

y=arcsinx求導(dǎo)函數(shù)

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

y=arcsinx求原函數(shù)

2.y%3Darccosx,也就是反余弦函數(shù),與y%3Dcosx關(guān)于y%3Dx對稱,定義域為x%5Cin%20%5B-1%2C1%5D,數(shù)學(xué)上只截取值域為y%5Cin%20%5B0%2C%5Cpi%20%5D這一段

y=arccosx圖像

其導(dǎo)函數(shù)推導(dǎo)過程如下所示

y=arccosx求導(dǎo)函數(shù)

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

y=arccosx求原函數(shù)

3.y%3Darctanx,也就是反正切函數(shù),與y%3Dtanx關(guān)于y%3Dx對稱,定義域為x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E),數(shù)學(xué)上只截取值域為y%5Cin%20(-%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2C%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20)這一段

y=arctanx圖像

其導(dǎo)函數(shù)推導(dǎo)過程如下所示

y=arctanx求導(dǎo)函數(shù)

Tips:對于正割函數(shù)和正切函數(shù),有關(guān)系式(secx)%5E2%3D(tanx)%5E2%2B1,證明方法為(secx)%5E2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B(sinx)%5E2%2B(cosx)%5E2%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D(tanx)%5E2%2B1

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

y=arctanx求原函數(shù)

4.y%3Darccotx,也就是反余切函數(shù),與y%3Dcotx關(guān)于y%3Dx對稱,定義域為x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C%2B%E2%88%9E),數(shù)學(xué)上只截取值域為y%5Cin%20(0%2C%5Cpi%20)這一段

y=arccotx圖像

其導(dǎo)函數(shù)推導(dǎo)過程如下所示

y=arccotx求導(dǎo)函數(shù)

Tips:對于余割函數(shù)和余切函數(shù),有關(guān)系式(cscx)%5E2%3D(cotx)%5E2%2B1,證明方法為(cscx)%5E2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B(sinx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B(sinx)%5E2%2B(cosx)%5E2%7D%7B(sinx)%5E2%7D%20%3D(cotx)%5E2%2B1

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

y=arccotx求原函數(shù)

5.y%3Darcsecx,也就是反正割函數(shù),與y%3Dsecx關(guān)于y%3Dx對稱,定義域為x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C-1%5D%5Ccup%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E),數(shù)學(xué)上只截取值域為y%5Cin%20%5B0%2C%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20)%5Ccup%20(%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2C%5Cpi%20%5D這一段

y=arcsecx圖像

其導(dǎo)函數(shù)推導(dǎo)過程如下所示

y=arcsecx求導(dǎo)函數(shù)

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

y=arcsecx求原函數(shù)

6.y%3Darccscx,也就是反余割函數(shù),與y%3Dcscx關(guān)于y%3Dx對稱,定義域為x%5Cin%20(-%E2%88%9E%2C-1%5D%5Ccup%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E),數(shù)學(xué)上只截取值域為y%5Cin%20%5B-%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%2C0)%5Ccup%20(0%2C%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20%5D這一段

y=arccscx圖像

其導(dǎo)函數(shù)推導(dǎo)過程如下所示

y=arccscx求導(dǎo)函數(shù)

再利用分部積分法,求得原函數(shù)為

y=arccscx求原函數(shù)

(因一篇文章最多只能插入100張圖片,而本篇文章涉及到的公式推導(dǎo)以及函數(shù)圖像只能以圖片的形式插入,到此已經(jīng)快達(dá)到上限了,為了保持文章每一部分的完整性,不至于被割裂開,剩余兩部分將在下一篇繼續(xù)介紹)


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