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三角函数与反三角函数

高等数学 · 预备知识(高中内容)

这一条要先会:反函数

先打基础

一条一条过。读完点「已懂」或「待回顾」,这条就收起来,页面上剩下的就是还没过的。

1. 三角函数:图形、特殊值与同角关系

xy1−1π/2π3π/22πy = sin x周期 2π 奇函数xy1−1π/2π3π/22πy = cos x周期 2π 偶函数xy−π/2π/2π/41y = tan x周期 π 奇函数正弦与余弦的定义域是全体实数、值域是 [−1, 1],二者有界;正切在 x = π/2 + kπ 处无定义,那里是竖直渐近线,值域为全体实数、无界。余弦的图像即正弦向左平移 π/2:cos x = sin(x + π/2)。
定义域、值域与周期. 与 的定义域为 ,值域为 ,二者有界,最小正周期均为 。 在 ( 为整数)处有定义,值域为 ,无界,最小正周期为 ,在各无定义处有竖直渐近线。

奇偶性. 与 为奇函数, 为偶函数。

特殊值. 下表须能直接写出,不必推导:



记忆的办法:正弦一列从上到下是 ,余弦一列把它倒过来,正切是二者之商。

同角关系与常用公式.







由后者解出降幂公式





它在以后求三角函数的积分时几乎每题都要用到。

2. 反三角函数:先限制主值区间,再取反函数

三角函数在其定义域上远不是单调的( 有无穷多个解),故不能直接取反函数。须先限制在一个单调区间上,该区间称为主值区间,所得的反函数即反三角函数。

:由 限制在 上得到。定义域 ,值域 ,单调增加,为奇函数。

:由 限制在 上得到。定义域 ,值域 ,单调减少,非奇非偶。

:由 限制在 上得到。定义域 ,值域 ,单调增加,为奇函数,且有界——六类基本初等函数中,反三角是唯一在整个实轴上有界的一类。

反三角函数的值是唯一的,这唯一性全靠主值区间保证。

常用结构

这类题反复出现的那个写法骨架——按这个顺序动笔。

已知一个三角函数值求其余:先用同角关系,再按象限定号

第一步:用 求出另一个的平方。

第二步:开方。此处必须依据题给的区间或象限决定取正根还是负根,不能两个都写。

第三步:需要正切时用 相除。

丢分几乎全在第二步:符号不定而答案只写一个,或该定号时写了 。
例例. 已知 且 ,求 与 。

第一步,同角关系:



第二步,开方定号。 在第二象限,余弦为负,所以



只能写这一个,不能写 ——题目给了区间,就是要你定下来。

第三步,。

把区间换成 ,第二步就取正根,答案变成 、。同一个 ,两套答案,区别全在那个区间上。

求反三角函数的值:在主值区间内找角

第一步:写出这个反三角函数的主值区间( 与 是 , 是 )。

第二步:在该区间内找使对应三角函数等于给定值的角。

第三步:核对所得的角确实落在区间内——负值时尤其要核对( 的值永远非负)。
例例. 求 与 。

第一步,先写主值区间: 的是 , 的是 。

第二步,在各自区间里找角。

且 ;

且 。

第三步,核对。 在 内 ✓; 在 内,而且是正的 ✓—— 的值永远非负,答成 就是漏了这一步。

也别把 答成 :那个角的正弦确实是 ,但它不在主值区间里,不是这个记号的值。

基础易错

基础阶段真的会犯的那几处,每条都指到动笔的哪一步。

由 开方时不定符号

由 只能得到 。究竟取哪个,由 所在的象限决定:第一、四象限取正,第二、三象限取负。

题目给出「」这类条件时,它就是用来定号的,不是多余的装饰。

把 的值写到主值区间之外

,不是 ;,不是 。

反三角函数的值唯一,由主值区间锁定。写出答案后回头核一遍它在不在区间内,这一步只要五秒。

把 写成

指 ,先取正弦再平方; 指 ,先平方再取正弦。两者完全不同。

顺带一提,正因为 里的 是指数, 这个写法才容易引起误会——本教程一律用 。

自己试一试

这一档不判分、不记进度,想不出来就直接看解答。

第一组 · 特殊值与读图

练 1

________。

练 2

________。

练 3

________。

练 4

的最小正周期是( )。
  • A
  • B
  • C
  • D

练 5

下列函数中有界的是( )。
  • A
  • B
  • C
  • D

第二组 · 同角关系

练 6

已知 且 在第一象限,则 ________。

练 7

已知 且 在第二象限,则 ________。

练 8

化简 。

练 9

等于( )。
  • A
  • B
  • C
  • D

练 10

用降幂公式把 写成只含 的式子。

第三组 · 反三角与主值

练 11

________。

练 12

( )。
  • A
  • B
  • C
  • D

练 13

________。

练 14

下列说法错误的是( )。
  • A 在整个实轴上有界
  • B 的定义域是
  • C 是奇函数
  • D 是奇函数