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第8章 函数和数列(4)

【余切函数的图象和性质】在y=ctgx中,以x的任一使ctgx有意义的值与它对应的y值作为(x,y),在直角坐标系中,作出y=ctgx的图形叫余切函数图象。也叫余切曲线。它是由相互平行的x=kπ(k∈Z)直线隔开的无穷多支曲线所组成的。

y=ctgx的性质:

(1)定义域x≠kπ(k∈Z)

(2)值域y∈R,当x→2kπ时,y→∞;当x→(2k+1)π时,y→-∞。

(3)y=ctgx是奇函数,即ctg(-x)=-ctgx,图象对称于原点。

(4)y=ctgx是周期函数,周期为kπ(k∈Z且k≠0),最小正周期T=π。

(5)y=ctgx在每一个开区间(kπ,(k+1)π)(k∈Z)内部是减函数。

【正割函数的图象和性质】在y=secx中,以x的任一使secx有意义的值与它对应的y值作为(x,y)。在直角坐标系中作出的图形叫正割函数的图象,也叫正割曲线。

它是由相互平行的直线x=π2+kπ(k∈Z)隔开的无穷多支曲线所组成的。它与y=cosx的图象有公共极点。

y=secx的性质:

(1)定义域x≠π2+kπ(k∈Z),

(2)值域|secx|≥1。即secx≥1或secx≤-1。

(3)y=secx是偶函数,即sec(-x)=secx。图象对称于y轴。

(4)y=secx是周期函数,周期为2kπ(k∈Z,且k≠0),最小正周期T=2π。

(5)y=secx在每个(π2+2kπ,2kπ)内部是减函数,由∞→1;在每个(2kπ,π2+2kπ)内部是增函数,由1→∞;在(π2+2kπ,π+2kπ)内部是增函数,由—∞→—1;在(π+2kπ,3π2+2kπ)内部是减函数,由—1→—∞。

y=secx在(—π2+2kπ,π2+2kπ)有极小值1;在(π2+2kπ,3π2+2kπ)有极大值—1。

【余割函数的图象和性质】在y=cscx中以y的任一使cscx有意义的值与它对应的y值作为(x,y),在直角坐标系中作出的图形叫余割函数的图象,也叫余割曲线。

它是由相互平行的直线x=kπ(k∈Z)隔开的无穷多支曲线所组成的。它与y=sinx的图象有公共极点。

y=cscx的性质:

(1)定义域x≠{kπ(k∈Z)}。

(2)值域(—∞,—1]∪[1,+∞),即cscx≥1或cscx≤-1。

(3)y=cscx是奇函数,即csc(-x)=-cscx,图象对称于原点。

(4)y=cscx是周期函数。周期为2kπ(k∈Z且k≠0),最小正周期T=2π。

(5)y=cocx在每个(2kπ,π2+2kπ)内部是减函数,由∞→1;在每个(π2+2kπ,π+2kπ)内部是增函数,由1→∞;在每个(π+2kπ,3π2+2kπ,)内部是增函数,由—∞→—1;在每个(3π2+2kπ,)2(k+1)π)内部是减函数,由-1→-∞。

y=cscx在(2kπ,2kπ+π)有极小值1;在(π+2kπ,2(k+1)π)有极大值-1。

【最小正周期】周期函数中周期如果存在一个最小的正数时,就把这个最小的正数叫做最小正周期。

【简谐振动的振动幅】物体振动的数学表达式为y=Asin(ωx+)。(A≠0,ω>0),

x∈[0,+∞),A叫做这个振动的振幅,它表示一个振动量离开平衡位置的最大距离。

【简谐振动的周期和频率】

往复振动一次所需要的时间叫做振动的周期。在y=Asin(ωx+)中,T=2πω。单位时间内往复振动的次数叫做振动的频率,在y=Asin(ωx+)中频率f=ω2π。频率是周期的倒数。

【相位】

y=Asin(ωx+)中ωx+叫做相位,当x=0时的相位ωx+=叫初相。

【两角和、差的三角函数】sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ。

cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ。

tg(α+β)=tgα+tgβ1—tgαtgβ(α,β,α+β都不等于kπ+π2,k∈Z)

ctg(α+β)=ctgαctgβ—1ctgα+ctgβ(α,β,α+β都不等于kπ,k∈Z)

sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ。

cos(α-β)=cosαcosβ+sinαsinβ。

tg(α—β)=tgα—tgβ1+tgαtgβ。

(α,β,α—β都不等于kπ+π2,k∈Z)

ctg(α—β)=ctgαctgβ+1ctgβ—ctgα(α,β,α—β都不等于kπ,k∈Z)

说明:两角差的三角函数,可由两角和的三角函数求得,它们的关系是α-β=α+(-β)。

【二倍角的三角函数】

sin2α=2sinαcosα。

cos2α=cos2α-sin2α。

=2cos2α-1。

=1-2sin2α。

tg2α=2tgα1—tg2α。

ctg2α=ctg2α—12ctgα。

说明:二倍角三角函数可由两个相同角的和的三角函数求得,即2α=α+α。

【三个角的和的三角函数】sin(α+β+γ)=sinαcosβcosγ+sinβcosαcosγ+sinγcosαcosβ-sinαsinβsinγ。

cos(α+β+γ)=cosαcosβcosγ-cosαsinβsinγ-cosβsinαsinγ-cosγsinαsinβ。

【三倍角的三角函数】

sin3α=3sinα-4sin3α。

cos3α=4cos3α-3cosα。

tg3α=3tgα—tg3α1—3tg2α。

ctg3α=ctg3α—3ctgα3ctg2α—1。

说明:三倍角三角函数可由二倍角及和角公式推出。即3α=2α+α。

【半角的三角函数】

sinα2=±1—cosα2;cos=α2=±1+cosα2;

tgα2=±1—cosα1+cosα=1—cosαsinα=sinα1+cosα。

说明:(1)正负符号由α2所在象限决定。

(2)sinα2是由2sin2α=1—cos2α演变而来;cosx2是由2cos2α=1+cos2α演变而来。而2sin2α=1-cos2α和2cos2α=1+cos2α则是二倍角余弦公式的变形。有时我们称以上两式为降幂公式。它应用较广,应予以重视。

(3)tgα2=sinα2cosα2=2sin2α22sinα2cosα2=1—cosαsinα。

或tgα2=sinα2cosα2=2sinα2cosα22cos2α2=sinα1+cosα。

又tgα2=sinα2cosα2=±1—cosα2±1+1+cosα2±1—cosα1+cosα。

如将它有理化分子,可得tgα2=1—cosαsinα,有理化分母可得tgα2=sinα1+cosα。

【万能公式】

用tgα2可以表示α的三角函数。

sinα=2tgα21+tg2α2;cscα=1+tg2α22tgα2;

cosα=1—tg2α21+tg2α2;secα=1+tg2α21—tg2α2;

tgα=2tgα21—tg2α2;ctgα=1—tg2α22tgα2。

【积化和差、和差化积】

sinαcosβ=12[sin(α+β)+sin(α—β)]

cosαsinβ=12[sin(α+β)—sin(α—β)]

cosαcosβ=12[cos(α+β)+cos(α—β)]

sinαsinβ=12[sin(α+β)—sin(α—β)]

sinα+sinβ=2sinα+β2cosα—β2。

sinα—sinβ=2cosα+β2sinα—β2。

cosα+cosβ=2cosα+β2cosα—β2。

cosα—cosβ=—2sinα+β2sinα—β2。

【化asinx+bcosx为一个角的正弦】

asinx+bcosx=a(sinx+bacosx)令ba=tg=sincos代入上式a(sinx+sincoscosx)=acos(cossinx+sincosx)=acossin(x+)。

tg=bacos=aa2+b2(=arctgba)

asinx+bcosx=a2+b2sin(x+)

由a、b的符号来确定所在的象限,由tg=ba来确定的值。

【反正弦函数】

y=sinx是分为[—π2+2kπ,π2+2kπ]和[π2+2kπ,3π2+2kπ](k∈z)两个单调区间的。只有在每个单调区间中才有由x→y的一一映射关系。y=sinx在x∈[—π2+2kπ,π2+2kπ](k∈Z)上的反函数或在x∈[π2+2kπ,3π2+2kπ]上的反函数可记作x=Arcsiny习惯上写成y=Arcsinx。

y=arcsinx是在x∈[—π2,π2]的y=Arcsinx。它是x∈[—π2+2kπ,π2+2kπ](k∈Z)中,k=0时的y=Arcsinx。[—π2,π2]叫y=arcsinx的主值区间,它是y=sinx中的x的值,而arcsinx是在[—π2,π2]中正弦值为x的一个角(弦度数)。y=arcsinx的图象是在x∈[—1,1]上,y∈[—π2,π2]的一段曲线。x∈[—π2,π2]它与y=sinx,x∈[—π2,π2]对称于y=x。

性质:(1)反正弦函数y=arcsinx在区间[-1,1]上是增函数。

(2)反正弦函数y=arcsinx是奇函数,即arcsin(-x)=-arcsinx,x∈[-1,1]。它的图象对称于原点。

奇函数的图象对称于原点,反正弦函数是奇函数,它的图象对称于原点。

说明:反三角函数的运算是学习中的重点,也具有一定的难度。它可以把三角函数的恒等变形公式用到计算中来。

(1)特殊值的反三角函数值的三角运算,一般先化成特殊角再计算。

(2)非特殊值的反三角函数值的三角运算一般步骤是:

(1)用辅助角表示题目中的反三角函数值,根据条件写出这些辅助角的范围,并写出与这个反三角函数值相应的三角函数值;

(2)根据三角恒等变换公式,来确定应该求出哪些三角函数值;

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