Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Обратные тригонометрические функции
Материал из https://ru.wikipedia.org

Обратные тригонометрические функции (круговые функции, аркфункции) — математические функции, являющиеся обратными к тригонометрическим функциям. К обратным тригонометрическим функциям обычно относят шесть функций:
  • арксинус (обозначение:  число, синус которого равен )
  • арккосинус (обозначение:  число, косинус которого равен и т. д.)
  • арктангенс (обозначение: ; в иностранной литературе )
  • арккотангенс (обозначение: ; в иностранной литературе или (намного реже) )
  • арксеканс (обозначение: )
  • арккосеканс (обозначение: ; в иностранной литературе )


Название обратной тригонометрической функции образуется от названия соответствующей ей тригонометрической функции добавлением приставки «арк-» (от лат. arcus — дуга). Это связано с тем, что геометрически значение обратной тригонометрической функции можно связать с длиной дуги единичной окружности (или углом, стягивающим эту дугу), соответствующей тому или иному отрезку. Так, обычный синус позволяет по дуге окружности найти стягивающую её хорду, а обратная функция решает противоположную задачу. Манера обозначать таким образом обратные тригонометрических функции появилась у австрийского математика XVIII века Карла Шерфера и закрепилась благодаря Лагранжу. Впервые специальный символ для обратной тригонометрической функции использовал Даниил Бернулли в 1729 году. Английская и немецкая математические школы до конца XIX века предлагали иные обозначения: но они не прижились[1]. Лишь изредка в иностранной литературе, также как и в научных/инженерных калькуляторах, пользуются обозначениями типа sin1, cos1 для арксинуса, арккосинуса и т. п.[2], — такая запись считается не очень удобной, так как возможна путаница с возведением функции в степень 1.

Тригонометрические функции периодичны, поэтому функции, обратные к ним, многозначны. То есть, значение аркфункции представляет собой множество углов (дуг), для которых соответствующая прямая тригонометрическая функция равна заданному числу. Например, означает множество углов , синус которых равен . Из множества значений каждой аркфункции выделяют её главные значения (см. графики главных значений аркфункций ниже), которые обычно и имеют в виду, говоря об арксинусе, арккосинусе и т. д.

В общем случае при условии все решения уравнения можно представить в виде [3]

Содержание

Основное соотношение


Функция arcsin

Арксинусом числа x называется такое значение угла

Функция непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго возрастающей.
  • при
  • при
  • (область определения),
  • (область значений).


Свойства функции arcsin
  • (функция является нечётной).
  • при .
  • при
  • при


Получение функции arcsin

Дана функция . На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, на всей числовой прямой обратное соответствие функцией не является. Поэтому рассмотрим отрезок , на котором функция строго монотонно возрастает и принимает все значения своей области значений только один раз. Тогда на отрезке существует обратная функция , график которой симметричен графику функции относительно прямой .

Функция arccos

Арккосинусом числа

Функция непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго убывающей и неотрицательной.
  • при
  • при
  • (область определения),
  • (область значений).


Свойства функции arccos
  • Функция центрально-симметрична относительно точки является индифферентной (ни чётной, ни нечётной).
  • при
  • при


Получение функции arccos

Дана функция . На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, на всей числовой прямой обратное соответствие функцией не является. Поэтому рассмотрим отрезок , на котором функция строго монотонно убывает и принимает все значения своей области значений только один раз. Тогда на отрезке существует обратная функция , график которой симметричен графику функции относительно прямой .

Функция arctg

Арктангенсом числа

Функция определена на всей числовой прямой, всюду непрерывна и ограничена. Она является строго возрастающей.
  • при
  • при
  • (область определения),
  • (область значений).


Свойства функции arctg
  • (функция является нечётной).
  • , где  — обратный гиперболический тангенс, ареатангенс.


Получение функции arctg

Дана функция . На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, обратное соответствие функцией не является. Поэтому рассмотрим интервал , на котором функция строго монотонно возрастает и принимает все значения своей области значений только один раз. Тогда на интервале существует обратная функция , график которой симметричен графику функции относительно прямой .

Функция arcctg

Арккотангенсом числа

Функция определена на всей числовой прямой, всюду непрерывна и ограничена. Она является строго убывающей и всюду положительной.
  • при
  • при


Свойства функции arcctg
  • График функции центрально-симметричен относительно точки Функция является индифферентной (ни чётной, ни нечётной).
  • при любых


Получение функции arcctg

Дана функция . На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, обратное соответствие функцией не является. Поэтому рассмотрим интервал , на котором функция строго монотонно убывает и принимает все значения своей области значений только один раз. Тогда на интервале существует обратная функция , график которой симметричен графику функции относительно прямой .

График арккотангенса получается из графика арктангенса, если последний отразить относительно оси ординат (то есть заменить знак аргумента, ) и сместить вверх на

Функция arcsec

Арксекансом числа

Функция непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго возрастающей и всюду неотрицательной.
  • при
  • при
  • (область определения),
  • (область значений).


Свойства функции arcsec
  • График функции центрально-симметричен относительно точки Функция является индифферентной (ни чётной, ни нечётной).
  • при любых


Функция arccosec

Арккосекансом числа

Функция непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго убывающей.
  • при
  • при
  • (область определения),
  • (область значений).


Свойства функции arccosec
  • (функция является нечётной).


Разложение в ряды
  • для всех [4]
  • для всех
  • для всех


Производные от обратных тригонометрических функций

Все обратные тригонометрические функции бесконечно дифференцируемы в каждой точке своей области определения. Первые производные:
Функция Производная Примечание





Интегралы от обратных тригонометрических функций

Неопределённые интегралы

Для действительных и комплексных x:


Для действительных x 1:
См. также Список интегралов от обратных тригонометрических функций


Использование в геометрии

Обратные тригонометрические функции используются для вычисления углов треугольника, если известны его стороны, например, с помощью теоремы косинусов.

В прямоугольном треугольнике эти функции от отношений сторон сразу дают угол. Так, если катет длины является противолежащим для угла , то



Связь с натуральным логарифмом

Для вычисления значений обратных тригонометрических функций от комплексного аргумента удобно использовать формулы, выражающие их через натуральный логарифм:


См. также

Примечания
  1. Александрова Н. В. История математических терминов, понятий, обозначений: Словарь-справочник, изд. 3-е. — СПб.: ЛКИ, 2008. — С. 211. — ISBN 978-5-382-00839-4.
  2. Здесь знак 1 определяет функцию x = f1 (y), обратную функции y = f (x)
  3. Энциклопедический словарь, 1985, с. 220.
  4. При значении x, близком к 1, эта расчётная формула даёт большую погрешность. Поэтому можно воспользоваться формулой где


Ссылки
Downgrade Counter