Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Базовые понятия и конструкции элементарной и высшей математики

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.11.2025
Размер:
970.55 Кб
Скачать

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