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正切函数:斜率、域和图

比较坐标 在第一象限中,穿过 $P=(\cos x,\sin x)$ 的半径直线的斜率等于高度除以水平位移。我们将此比率扩展到分母不为零的所有角度: $$\tan x=\frac{\sin x}{\cos x}.$$标识: $$\operatorname{Dom}(\tan)=\mathbb R\setminus \left\{\frac\pi2+k\pi:k\in\mathbb Z\right\}.$$图像是$\mathbb R$。正切在象限 I 和 III 中为正,在象限 II 和 IV 中为负。它的零点是$x=k\pi$。 期间报表 半圈后,两个坐标改变符号: $$\tan(x+\pi)=\frac{-\sin x}{-\cos x}=\tan x.$$因此,$\pi$ 是一个句点。对于正周期$T$重复$\tan0=0$的值,需要是$\pi$的正倍数;最小的是$\pi$。正切也是奇数,因为: $$\tan(-x)=\frac{-\sin x}{\cos x}=-\tan x.$$该图是由分支组成的 在每个区间 $(-\pi/2+k\pi,\pi/2+k\pi)$ 中,正切严格递增。当水平坐标接近零而垂直坐标抵消时,商的大小无限制地增加。 线 $x=\pi/2+k\pi$ 是垂直渐近线。它们不是图表上的点。 $\pi/2$ 中不存在“无限正切”作为实际值;该函数根本没有在该输入中定义。 分支经过$(-\pi/4,-1)$、$(0,0)$和$(\pi/4,1)$。其余的都是通过$\pi$的翻译获得的。 对代数运算的限制 $\tan x$ 存在时,等式 $\tan x\cos x=\sin x$ 成立。简化的乘积不允许在 $x=\pi/2$ 中使用原始表达式,即使在那里定义了正弦。 在日常生活中 坡度百分比。 坡度为 10% 的街道具有 $\operatorname{tg}\alpha = 0{,}10$,即 $\alpha \approx 5{,}7^\circ$。 视场。 光圈为 $90^\circ$ 的相机在 3 米处看到的宽度为 $2 \cdot 3\operatorname{tg} 45^\circ = 6$ 米。 为什么切线会“爆炸”。 接近 $90^\circ$ 时,斜坡会变成一堵墙:每行走一米,坡道就必须无限上升。 相机在 $d$ 距离处看到的宽度是 $2d\operatorname{tg}\beta$。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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余弦函数:横坐标和图形

带标志的宽度 对于循环中的$P=(u,v)$,我们定义$\cos x=u$。余弦在右半圆为正,在左半圆为负。它的域是$\mathbb R$,它的镜像是$[-1,1]$。 轴点提供: $x$ $0$ $\pi/2$ $\pi$ $3\pi/2$ $2\pi$ $\cos x$ $1$ $0$ $-1$ $0$ $1$ 零是 $x=\pi/2+k\pi$。最大值出现在 $x=2k\pi$ 处,最小值出现在 $x=\pi+2k\pi$ 处,其中 $k\in\mathbb Z$。 奇偶性和周期的演示 $x$和$-x$的点是水平轴上的反射。其横坐标相等: $$\cos(-x)=\cos x.$$因此,余弦是偶数。完整的旋转会保留坐标,因此 $\cos(x+2\pi)=\cos x$。为了存在正周期 $T$,特别是 $\cos T=\cos0=1$ 必须有效。具有该值的最小$T>0$是$2\pi$,这是其基本周期。 增长和减少 当该点从右向左移动上半圆时,其水平坐标从1下降到$-1$。因此,$[2k\pi,\pi+2k\pi]$中的余弦减小。在下半圆中,它在 $[\pi+2k\pi,2\pi+2k\pi]$ 处增长。 与正弦的关系 $\pi/2$ 的旋转会根据旋转方向交换水平位置和高度。结果是: $$\cos x=\sin\left(x+\frac\pi2\right).$$两个图具有相同的形状并且水平偏移。不应该得出结论,对于相同的输入,它们的值是相同的:在$x=0$中,正弦是0,余弦是1。 例如,$f(x)=3\cos(2x)+1$具有幅度3、周期$\pi$和图像$[-2,4]$。 在日常生活中 **太阳能电池板。**接收到的功率与入射角的余弦成正比:太阳在前面时功率最大,当太阳靠近电池板时功率降至零。 发动机活塞。 活塞的位置大约遵循 $r\cos\theta$,其中 $\theta$ 是轴的旋转。 投影。 一根长度为 $L$ 的棍子的影子倾斜于 $\alpha$,太阳位于其头部,测量结果为 $L\cos\alpha$。 来自太阳能电池板的能量遵循入射角的余弦。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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正弦函数:定义、符号和图形

点的高度 如果循环中真实的$x$的图像是$P=(u,v)$,则定义$\sin x=v$。正弦是垂直的有符号坐标,而不是到水平轴的无符号距离。 任何实数在循环中都有一个图像。高度从 $-1$ 到 1 变化,包括极值。所以: $$\operatorname{Dom}(\sin)=\mathbb R,\qquad\operatorname{Im}(\sin)=[-1,1].$$在每一圈中,上半圆的正弦值为正,下半圆的正弦值为负。它的零是$x=k\pi$到$k\in\mathbb Z$。 图表一转 $x$ $0$ $\pi/2$ $\pi$ $3\pi/2$ $2\pi$ $\sin x$ $0$ $1$ $0$ $-1$ $0$ 在每个区间 $[-\pi/2+2k\pi,\pi/2+2k\pi]$ 中,正弦值从 $-1$ 增加到 1,在 $[\pi/2+2k\pi,3\pi/2+2k\pi]$ 中,正弦值从 1 到 $-1$ 减小。重复这些部分就形成了正弦曲线。 两个属性的演示 水平轴上的反射将 $x$ 的图像变换为 $-x$ 的图像,保持水平坐标并反转垂直坐标。像这样: $$\sin(-x)=-\sin x.$$因此,正弦是奇函数。完整的转弯保留该点,因此 $\sin(x+2\pi)=\sin x$。最小正周期为 $2\pi$,因为最大高度 1 仅在完整旋转后重新出现。 最大值出现在 $x=\pi/2+2k\pi$;最小的,在 $x=3\pi/2+2k\pi$ 中。 读取转换 在 $h(x)=4+3\sin x$ 处,中线为 4,振幅为 3。图像是$[1,7]$。周期保持为 $2\pi$,因为添加常数或乘以输出不会改变完成模式所需的时间。 在日常生活中 音乐。 音叉上的 A 音符是每秒 440 个周期的正弦曲线;较高的音符周期较短。 海浪。 远离海滩的规则波浪的轮廓接近正弦曲线;振幅是波峰和波谷之间距离的一半。 手机的振动。 使手机振动的小电机会产生正弦来回运动。 声音是正弦曲线:两个附近的音符加在一起会产生脉动的音量。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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循环函数和周期性

从运动到功能 函数将单个输出与域的每个输入相关联。当一个点经过三角循环时,我们可以观察到它的高度、水平位置或其他几何构造量。每个选择都会产生一个循环函数。 输入通常是代表旋转弧度的实数。即使两个不同的输入导致相同的点,每个输入都有一个独特的图像。函数可以重复输出。 重复是什么意思? 我们说 $T>0$ 是一个周期,对于所有允许的输入,域和值按以下偏移量重复: $$f(x+T)=f(x).$$当存在最小正周期时,称为基本周期。需要区分“一个周期”和“最小周期”:如果$T$是一个周期,那么$2T$和$3T$也是一个周期。 常数函数允许所有 $T>0$ 作为周期,并且没有最小的正周期。这说明了为什么未成年人的存在需要审查。 循环重复演示 $x+2\pi$的点与$x$的点重合。因此,该点的任意坐标在$2\pi$之后重复。正弦和余弦将在接下来的类中定义,满足: $$\sin(x+2\pi)=\sin x,\qquad\cos(x+2\pi)=\cos x.$$周期函数的图形可以通过重复与周期相对应的部分来构建。本节的结尾必须与函数的定义兼容;它不存在的点仍然不存在。 改变输入速度 如果 $g(x)=\sin(bx+c)$ 与 $b\ne0$,我们希望 $x$ 的变化在参数中产生一个完整的回合: $$|b|T=2\pi\quad\Rightarrow\quad T=\frac{2\pi}{|b|}.$$对于 $g(x)=a\sin(bx+c)+d$,对于 $a\ne0$,这仍然是基本周期。振幅为$|a|$,平均轴为$y=d$。如果 $a=0$,则函数为常数,基本周期规则不再有效。 例如,$g(x)=2\sin(3x)-1$从$-3$振荡到1并具有周期$2\pi/3$。 在日常生活中 心脏。 每分钟 75 次心跳,心动周期的周期为 $\frac{60}{75} = 0{,}8$ 秒。 插座。 巴西交流电的频率为 60 Hz:周期为 $\frac{1}{60}$ 秒。 **季节。**一天的长度和平均温度以大约 365,25 天的周期重复。 心、插座、红绿灯、月亮和星期:每种现象都有其周期。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa. 有决心的练习 1。 $f(x)=\cos(4x)$ 的基本周期是多少? 检查分辨率 1$2\pi/4=\pi/2$. 2. 函数 $f(x)=5$ 有基本周期吗?