Базовые понятия и конструкции элементарной и высшей математики
.pdf
Окончание табл. 3.1
Аргумент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Функции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Градусы |
Радианы |
sin |
cos |
tg |
ctg |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180o |
|
|
0 |
|
|
–1 |
|
|
0 |
|
|
Не суще- |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ствует |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
210o |
|
7 |
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||
6 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
225o |
|
5 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
240o |
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
||||
4 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||
270o |
|
3 |
–1 |
0 |
|
|
Не суще- |
|
|
0 |
|
|
|||||||||||||
2 |
|
|
|
ствует |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
300o |
|
5 |
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
3 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
315o |
|
7 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
–1 |
|
–1 |
||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
330o |
11 |
|
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
||||||||
6 |
|
2 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|||||||||||||||
360o |
|
2 |
0 |
|
1 |
|
|
|
|
0 |
|
|
Не суще- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ствует |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Формулы приведения
Формулами приведения называют соотношения, с помощью которых значения тригонометрических функций аргументов 2 ,
, |
3 |
, |
2 |
выражаются через значения sin , |
cos , |
|
2 |
|
|
|
|
tg , ctg .
110
Все формулы приведения можно свести в табл. 3.2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулы приведения |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Функ- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аргумент |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
2 |
2 |
|||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
sin |
|
cos |
|
cos |
|
sin |
|
sin |
|
cos |
|
cos |
|
sin |
|
sin |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
cos |
|
sin |
|
sin |
|
cos |
|
cos |
|
sin |
|
sin |
|
cos |
|
cos |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
tg |
|
ctg |
|
ctg |
|
tg |
|
tg |
|
ctg |
|
ctg |
|
tg |
|
tg |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ctg |
|
tg |
|
tg |
|
ctg |
|
ctg |
|
tg |
|
tgα |
|
ctg |
|
ctg |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
При преобразовании тригонометрических выражений полезно |
||||||||||||||||||||||
использовать следующие правила приведения: |
|
3 к функциям |
|||||||||||||||||||||
|
а) при переходе от функций углов |
, |
|
||||||||||||||||||||
угла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
название функции изменяют: синус на косинус, тангенс |
|||||||||||||||||||||||
на котангенс и наоборот; при переходе от функций углов |
, |
||||||||||||||||||||||
2 к функциям угла название функции сохраняют; |
|
||||||||||||||||||||||
|
б) считая острым углом (т. е. 0 ), |
перед функцией угла |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ставят такой |
знак, |
какой |
имеет |
приводимая |
функция |
углов |
|||||||||||||||||
|
, |
, |
3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулы сложения
Имеют место следующие равенства:
sin( ) sin cos cos sin ; cos( ) cos cos sin sin ;
tg( ) |
tgα tg |
, |
ctg( ) |
1 tg tg . |
|
1 tg tg |
|||||
|
|
|
tg tg |
111
Формулы двойного и половинного угла
Справедливы такие соотношения:
sin 2 2sin cos ;
cos 2 cos2 sin2 1 2sin2 2cos2 1;
|
|
tg2 |
|
|
2tg |
|
|
, |
|
n, |
|
|
|
|
n, |
n Z. |
||||||||||||
|
|
1 |
tg2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
sin |
2 |
|
|
1 cos |
, |
cos |
2 |
|
1 cos |
, |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
tg |
2 |
|
|
1 cos |
, |
|
|
tg |
|
|
|
|
sin |
|
1 cos |
, |
n, |
n Z. |
||||||||||
|
2 |
1 cos |
|
|
2 |
1 |
cos |
|
sin |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Формулы преобразования суммы функций в произведение и произведения функций в сумму
Эти формулы сводятся к следующим тождествам:
sin sin 2sin cos |
; |
|||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
cos cos 2cos cos |
|
; |
||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
cos cos 2sin |
sin |
|
; |
|||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
sin |
|
|
k, |
|
k Z, |
||
tg tg |
2 |
|
||||||
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
cos cos |
|
n, |
|
n Z; |
||||
|
|
|
2 |
|
||||
112
|
ctg ctg |
sin |
, |
k, |
k Z, |
|||||
|
sin sin |
n, |
n Z; |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
a sin b cos r sin( ), |
||||||||
где r |
a2 b2 , |
аргумент определяется из условий: |
||||||||
|
cos |
|
a |
|
sin |
b |
||||
|
|
, |
|
|
|
, |
||||
|
a2 b2 |
|
a2 |
b2 |
||||||
sin cos sin( ) sin( ) , 2
cos cos cos( ) cos( ) , 2
sin sin cos( ) cos( ) , 2
tg tg |
tg tg |
, |
ctg ctg ctg ctg . |
|
ctg ctg |
||||
|
|
tg tg |
Формулы универсальной тригонометрической подстановки
Формулами универсальной тригонометрической подстановки называют следующие соотношения:
|
|
2tg |
|
|
|
|
|
|
sin |
|
|
|
2 |
, |
2 n, |
n Z; |
|
|
|
2 |
||||||
1 tg |
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 tg |
2 |
|
|
|
|
||
|
2 |
|
|
2 n, |
n Z; |
|||
cos |
|
|
|
, |
||||
|
|
2 |
|
|||||
|
1 tg |
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
113
|
|
2tg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tg |
|
2 |
|
, |
|
n, 2 n, |
n Z; |
|||||
|
tg |
2 |
2 |
|||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 tg |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ctg |
2 |
, |
|
n, |
n Z. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
2tg |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Графики и некоторые общие свойства тригонометрических функций
Функция y sin x характеризуется следующими общими свойствами:
1)D( y) R;
2)E( y) [ 1;1], следовательно, синус – функция ограниченная;
3)функция нечетная, т. е. sin( x) sin x;
4)функция периодическая с наименьшим положительным перио-
дом 2 , т. е. sin(x 2 ) sin x;
5)sin x 0 при x n, n Z;
6)sin x 0 для всех x (2 n, 2 n);
|
|
sin x 0 |
для всех x ( 2 n,2 2 n), n Z; |
|
|
|
|||||||||
|
|
7) функция |
возрастает от |
–1 |
до |
1 |
на |
промежутках |
|||||||
|
|
|
2 n; |
|
|
|
и убывает |
от |
1 до |
–1 |
на |
промежутках |
|||
|
2 |
2 |
2 n |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
2 n; |
3 |
|
|
n Z; |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
2 n , |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
8) функция принимает наибольшее значение, равное 1, |
в точ- |
||||||||||||
ках |
|
x |
2 n |
и |
наименьшее |
значение, |
равное |
–1, в |
точках |
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
3 2 n, |
n Z. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
114
График функции y sin x представлен на рис. 3.31.
y |
|
|
|
|
|
|
|
y = sin x |
|
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– /2 |
0 |
|
3 /2 |
2 |
–2 –3 /2 |
– |
/2 |
x |
–1
Рис. 3.31. График функции y sin x
Функция y cos x обладает следующими общими свойствами:
1)D( y) R;
2)E( y) [ 1;1], значит, косинус – функция ограниченная;
3)функция четная: cos( x) cos x;
4)функция периодическая с наименьшим положительным перио-
дом 2 , т. е. cos(x 2 ) cos x;
5) |
cos x 0 |
при x n, |
n Z; |
|
|
|
|
|
|
2 |
2 n; |
|
|
|
|
6) |
cos x 0 |
для всех x ( |
2 n); |
||||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
cos x 0 для всех x ( 2 n; 3 |
2 n), |
n Z; |
|||||
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
7) функция возрастает от –1 до 1 на промежутках 2 n; 2 n и убывает от 1 до –1 на промежутках 2 n; 2 n , n Z;
8) функция принимает наибольшее значение, равное 1, в точках x 2 n и наименьшее значение, равное –1, в точках x 2 n,
n Z.
График функции y cos x представлен на рис. 3.32.
115
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = cos x |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–3 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– /2 |
|
|
|
|
|
/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
– |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
x |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 3.32. График функции y cos x
Функция y tg x |
определена |
при всех |
x, |
кроме чисел |
вида |
x n, где n Z. |
Область значений E( y) R, т. е. функция не- |
||||
2 |
|
|
|
|
|
ограниченная. Функция y tg x |
нечетная, |
т. е. |
tg( x) tg x |
для |
|
x D( y). Она является периодической с наименьшим положитель-
ным периодом T , |
т. е. tg(x ) tg x для x D( y). Кроме этого |
||||||||
tg x 0 |
при x n, n |
Z; |
tg x 0 |
|
|
|
|
||
|
для всех x n; |
2 |
n , n Z; |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tg x 0 |
|
|
|
|
|
, |
n Z. Функция |
y tg x возрас- |
|
для всех x |
2 |
n; n |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тает на промежутках |
|
n; |
|
n |
, |
n Z. |
Прямые |
x |
|
n, |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
n Z являются вертикальными |
асимптотами |
графика функции |
||||||||
y tg x. График функции y tg x изображен на рис. 3.33.
116
y
y = tg x
– /2
0 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
x |
|||||||
|
|
/2 |
|
|
|
/2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.33. График функции y tg x
Функция |
y ctg x определена при всех |
x, |
кроме чисел вида |
x n, где |
n Z. Область значений E( y) |
R, |
т. е. функция не- |
ограниченная. Функция y ctg x нечетная, т. е. ctg( x) ctg x для
любых x D( y), |
периодическая с наименьшим положительным пе- |
|||||||||
риодом T , |
т. е. ctg(x ) ctg x для всех |
x D( y). Имеют ме- |
||||||||
сто соотношения ctg x 0 при x n, |
n Z; |
ctgx 0 для всех |
||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n Z; |
ctg x 0 для всех |
|
|
|
|
x n; |
2 |
n , |
x |
2 |
n; n , n Z. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Функция y ctg |
x убывает на каждом из промежутков n; n , |
|||||||||
n Z. |
Прямые |
x n, |
n Z являются вертикальными асимпто- |
|||||||
тами графика этой функции. График функции |
y ctg x изображен |
|||||||||
на рис. 3.34. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
117
y |
y = сtg x |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
x |
|||||
– /2 |
/2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.34. График функции y ctgx
Обратные тригонометрические функции
Функции y sin x, y cos x, y tg x, y ctg x в областях их оп-
ределения являются периодическими функциями. В силу этого обрат-
ные им функции y Arcsin x, y Arccos x, y Arctg x, y Arcctg x
являются многозначными функциями.
Дадим определения и опишем соответствующие им главные ветви указанных обратных тригонометрических функций.
По определению арксинусом arcsin a числа а называется такое
число |
из отрезка |
|
|
, |
|
|
, |
для которого sin a. В соот- |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
ветствии с этим определением под обратной тригонометрической функцией y arcsin x понимается однозначная функция с областью
определения D y 1,1 и областью значений |
|
|
, |
|
|
E y |
2 |
2 |
. |
||
|
|
|
|
||
Данная функция является нечетной и возрастающей на D y |
от |
|
|
||
до . При этом arcsin 0 0; при x 1, 0 y 0, |
|
|
|
|
2 |
а при x 1, 0 |
|||||
2 |
|
|
|
|
|
y 0. Графикфункции y arcsin x изображен нарис. 3.35.
118
|
y |
|
|
y arcsin x |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
x |
|
|
–1 |
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Рис. 3.35. График функции y arcsin x |
|
||||||
Другие значения |
ветвей |
многозначной |
функции |
y Arcsin x |
|||
выражаются через |
главное |
его |
значение |
формулой |
Arcsin x |
||
arcsin x 2 k, k Z.
Аналогичным образом вводятся другие обратные тригонометрические функции. По определению арккосинусом arccos a числа a
называется такое число |
из отрезка 0, |
, |
для которого cos a. |
Из данного определения |
следует, что |
для функции y arccos x |
|
имеют место отношения |
D y 1,1 , |
E y 0, . Функция |
|
y arccos x является монотонно убывающей и убывает от до 0
на отрезке 1,1 . При этом |
arccos1 0, |
arccos 1 и |
arccos x arccos x. График |
функции y arccos x изображен |
|
на рис. 3.36. |
|
|
119
