Тригонометрична функция

From Wikipedia, the free encyclopedia

Тригонометрична функция
Remove ads

Тригонометричните функции в математиката са функции на ъгли. Използват се в геометрията за изследване на триъгълници и моделиране на периодични процеси. Най-често тригонометричните функции се дефинират като:

В най-общ вид в съвременната математика тригонометричните функции се дефинират като:

Thumb
Графики на тригонометричните функции:
  синус
  косинус
  тангенс
  котангенс
  секанс
  косеканс
Remove ads

Тригонометрични функции в правоъгълен триъгълник

Thumb
Фиг. 1. Правоъгълен триъгълник

Разглежда се правоъгълен триъгълник в евклидовата равнина (фиг. 1), поради което сборът от вътрешните му ъгли е равен на 180° (π радиана). Следователно ° или .

Дефиниции

Синус на ъгъл е отношението на срещулежащия катет към хипотенузата:

.

Това отношение не зависи от триъгълника АВС с остър ъгъл , тъй като всички правоъгълни триъгълници с остър ъгъл са подобни.

Косинус на ъгъл е отношението на прилежащия катет към хипотенузата:

.

Тангенс на ъгъл е отношението на срещулежащия катет към прилежащия:

.

Котангенс на ъгъл е отношението на прилежащия катет към срещулежащия:

.

Секанс на ъгъл е отношението на хипотенузата към прилежащия катет:

.

Косеканс на ъгъл е отношението на хипотенузата към срещулежащия катет:

.
Remove ads

Тригонометричните функции, дефинирани чрез единична окръжност

Определянето на тригонометричните функции чрез единична окръжност е частен случай на дефинициите чрез правоъгълен триъгълник с хипотенуза, равна на единица. Нека в равнината е зададена правоъгълна координатна система с начало точка О и оси OE и OF. Разглежда се окръжност с център точка О и радиус, равен на единица. Построява се произволен радиус ОА, който сключва ъгъл с абсцисната ос OE (фиг. 2).

Thumb
Фиг. 2. Тригонометрични функции на ъгъл θ в единична окръжност

От правоъгълния триъгълник OCA

,

тъй като дължината на радиуса ОА е равна на 1. Оттук следва определението:

Синус на даден ъгъл , отчетен от абсцисната ос, се нарича ординатата АC на пресечната точка А на другото му рамо с единична окръжност:

.
Thumb
Изчертаване на функциите синус и косинус от единичната окръжност.

По същия начин се получават определенията и за другите тригонометрични функции:

Косинус на даден ъгъл , отчетен от абсцисната ос, се нарича абсцисата OC на пресечната точка А на другото му рамо с единична окръжност:

.

Тангенс на даден ъгъл , отчетен от абсцисната ос, се нарича отношението на ординатата на пресечната точка А на другото му рамо с единична окръжност, към нейната абсциса:

, .

Котангенс на даден ъгъл , отчетен от абсцисната ос, е отношението на абсцисата на пресечната точка А на другото му рамо с единична окръжност, към нейната ордината:

, .

Дефинициите на функциите „секанс“ и „косеканс“ се формулират малко по-сложно.

Секанс на даден ъгъл , отчетен от абсцисната ос, се нарича абсцисата OE на пресечната точка E на абсцисната ос и допирателната към единична окръжност в пресечната точка А на другото рамо на ъгъла с окръжността:

, .

Косеканс на даден ъгъл , отчетен от абсцисната ос, се нарича ординатата OF на пресечната точка F на ординатната ос и допирателната към единична окръжност в пресечната точка А на другото рамо на ъгъла с окръжността:

, .

В допълнение към шестте изброени съотношения, има допълнителни тригонометрични функции, които са били исторически важни, макар и рядко използвани днес (фиг. 3):

Thumb
Фиг. 3. Единична окръжност с основни и допълнителни тригонометрични функции на ъгъл θ.
versin, vers или sin vers:
versin(θ) = 1 − cos(θ) = 2 sin2(θ2)
(появява се в най-ранните таблици); [1]
vercos или cos vers:
vercos(θ) = 1 − sin(θ) = versin(π2 − θ) ;
  • хаверсинусhaversin или hav:
haversin(θ) = 12versin(θ) = sin2(θ2) ; [2]
  • хаверкосинусhavercos или hac:
havercos(θ) = 12vercos(θ) = cos2(θ2);
  • екссекансexsec(θ) = sec(θ) − 1;
  • екскосекансexcsc(θ) = exsec(π2 − θ) = csc(θ) − 1.
Thumb
Графики на функциите versin, vercos, haversin, havercos, exsec, excsc
Remove ads

Свойства

Свойства на функцията синус

Thumb
Синус
  1. Дефиниционна област (допустими стойности на аргумента, за които функцията е определена) – множеството на всички реални числа: .
  2. Множество на стойностите на функцията – областта
    [−1; 1]: [−1;1].
  3. Функцията е нечетна: .
  4. Функцията е периодична, най-малкият положителен период е равен на : .
  5. Графиката на функцията пресича оста Ох при .
  6. Области с постоянен знак:
    при и
    при .
  7. Функцията е непрекъсната и има производна при всяка стойност на аргумента:
  8. Функцията е растяща при , и намаляваща при .
  9. Функцията има минимум при и максимум при .

Свойства на функцията косинус

Thumb
Косинус
  1. Дефиниционна област (област на определяне) – множеството на всички реални числа: .
  2. Множество на стойностите – областта [−1; 1]:
    = [−1;1].
  3. Функцията е четна: .
  4. Функцията е периодична, най-малкият положителен период е равен на : .
  5. Графиката на функцията пресича оста Ох при .
  6. Области с постоянен знак:
    при и
    при .
  7. Функцията е непрекъсната и има производна при всяка стойност на аргумента:
  8. Функцията е растяща при и е намаляваща при .
  9. Функцията има минимум при и максимум при .

Свойства на функцията тангенс

Thumb
Тангенс
  1. Област на определяне на функцията – множеството от всички реални числа: , освен числата .
  2. Множество на стойностите – множеството на всички реални числа: .
  3. Функцията е нечетна: .
  4. Функцията е периодична. Най-малкият положителен период е равен на : .
  5. Графиката на функцията пресича оста Ох при .
  6. Области с постоянен знак:
    при и
    при .
  7. Функцията е непрекъсната и има производна при всяка стойност на аргумента:
  8. Функция расте при .

Свойства на функцията котангенс

Thumb
Котангенс
  1. Област на определяне на функцията – множеството на всички реални числа: освен числата
  2. Множество на стойностите – множеството на всички реални числа: .
  3. Функцията е нечетна: .
  4. Функцията е периодична, най-малкият положителен период е равен на : .
  5. Графиката на функцията пресича оста Ох при .
  6. Области с постоянен знак:
    при и
    при .
  7. Функцията е непрекъсната и има производни при всяка стойност на аргумента:
  8. Функцията намалява при .

Обобщени свойства

Функцията косинус е четна, а синус, тангенс и котангенс – нечетни, т.е.

, ,
, .

За остри ъгли

, ,
, ,
, ,
, .

За ъгли е изпълнено

, ,
, ,
,
,
,
.

Знакът на функциите sin, cos, sec и cosес се променя през интервали от 180°, а на tg и cotg – през 90°.

  • за или
  • für или
  • за oder
  • за или
  • за или
  • за или
  • за или
  • за или
  • за или
  • за или
  • за или
  • за или
Thumb
Номограма за преобразуване между градуси и радиани

Таблицата показва знаците на тригонометричните функции в зависимост от квадранта:

Повече информация Квадрант, sin и csc ...

В следващата таблицата са дадени най-основните свойства на тригонометричните функции.

Повече информация , ...
Remove ads

Връзки между функциите

Тъждества се наричат равенства, изпълнени за всички допустими стойности на променливите в тях. Стандартните тъждества на връзките между функциите са:

От правоъгълния триъгълник ABC (фиг. 1) съгласно теоремата на Питагор

,

и тъй като AB = 1, AC = sin α и BC = cos α, то

.

В следващата таблица са дадени всички връзки между тригонометричните функции. Всяка от функциите е изразена чрез всяка от другите пет.

Повече информация , ...

При използване на формулите трябва да се имат предвид, че знакът определя две стойности.

Remove ads

Тригонометричните функции като редове

Като се използват геометрични съображения и свойствата на границите, може да се докаже, че производната на синуса е равна на косинуса на същия ъгъл и производната на косинуса е равна на производната на синуса със знак минус. Тогава с помощта на редовете на Тейлър се представят синусът и косинусът като степенни редове:

,

.

Ползвайки тези формули, а също и равенствата и може да се разложат в ред и другите тригонометрични функции:

където са числа на Бернули, са числа на Ойлер.

Remove ads

Косинусът като скаларно произведение

Във векторната геометрия косинусът се определя от скаларното произведение на два вектора u и v и техните норми ||u|| и ||v||:

.
Remove ads

Пресмятане на тригонометрични функции

Тригонометричните функции са включени в едни от най-рано използваните математически таблици. Тези таблици са част от справочниците по математика и студентите по различни инженерни дисциплини в миналото са обучавани да ги използват при изчислителните задачи и проекти.

Днес тригонометричните функции (sin, cos, tan, cot, sec, csc) се пресмятат с калкулатори от по-високо ниво. Повечето позволяват избора на измервателната единица за ъгъл: DEG, RAD, GRAD. При съвременните компютри съществуват голям брой програми, които осигуряват изключително точни и пълни изчисления.

Remove ads

Стойности на тригонометрични функции за някои ъгли

Thumb
Стойности на косинус и синус на окръжността

Стойностите на синус, косинус, тангенс, котангенс, секанс и косеканс за някои ъгли са дадени в таблиците. („“ означава, че функцията в указаната точка не е дефинирана, но клони към безкрайност в нейната близост).



Основни стойности

Повече информация , ...

Стойности на тригонометрични функции за нестандартни ъгли

Повече информация , ...


Повече информация , ...


Remove ads

Вижте също

Литература

  • Lars Ahlfors. Complex Analysis: an introduction to the theory of analytic functions of one complex variable, segona edició, McGraw-Hill Book Company, Nova York, 1966.
  • Abramowitz, Milton; Irene A. Stegun. Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, Dover, Nova York. (1964). ISBN 0-486-61272-4.
  • Boyer, Carl B. – A History of Mathematics, John Wiley & Sons, Inc., segona edició. (1991). ISBN 0-471-54397-7.
  • Joseph, George G. The Crest of the Peacock: Non-European Roots of Mathematics, segona edició Penguin Books, Londres. (2000). ISBN 0-691-00659-8.
  • Kantabutra, Vitit. "On hardware for computing exponential and trigonometric functions," IEEE Trans. Computers 45 (3), 328–339 (1996).
  • Maor, Eli. Trigonometric Delights Arxivat 2006-04-14 a Wayback Machine., Princeton Univ. Press. (1998). Reimpressió (25 febrer de 2002): ISBN 0-691-09541-8.
  • Needham, Tristan. "Preface" Arxivat 2004-06-02 a Wayback Machine." a Visual Complex Analysis Arxivat 2008-06-07 a Wayback Machine.. Oxford University Press, (1999). ISBN 0-19-853446-9.
  • O'Connor, J.J.; E.F. Robertson. "Trigonometric functions" Arxivat 2013-01-20 a Wayback Machine., Arxiu d'història de les matemàtiques a MacTutor. (1996).
  • O'Connor, J.J.; E.F. Robertson. "Madhava of Sangamagramma", Arxiu d'història de les matemàtiques a MacTutor. (2000).
  • Pearce, Ian G. "Madhava of Sangamagramma" Arxivat 2006-05-05 a Wayback Machine.. Arxiu d'història de les matemàtiques a MacTutor. (2002).
  • Weisstein, Eric W. "Tangent" a MathWorld, accés el 21 de gener de 2006.
Remove ads

Източници

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads