Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
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
|
|
|
Найти производную арксинуса можно при помощи взаимно обратных функций.
После чего мы должны взять производную этих обеих функций.
Теперь мы должны выразить производную арксинуса.
Исходя из тригонометрического тождества() — получаем.
Для того, чтобы понять плюс должен стоять или минус взглянем какие значения.
Так как косинус находится в 2-й и 4-й четвертях то, получается что косинус положительный.
Получается.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найти производную арксеканса можно при помощи тождества:
Теперь находим производную обеих частей этого тождества.
Получается.
|
|
|
Найти производную арккосеканса можно при помощи данного тождества:
Теперь находим производную обеих частей этого тождества.
Теперь выражаем производную арккосинуса.
Получается.
|
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
- Александрова Н. В. История математических терминов, понятий, обозначений: Словарь-справочник, изд. 3-е. — СПб.: ЛКИ, 2008. — С. 211. — ISBN 978-5-382-00839-4.
- Здесь знак 1 определяет функцию x = f1 (y), обратную функции y = f (x)
- Энциклопедический словарь, 1985, с. 220.
- При значении x, близком к 1, эта расчётная формула даёт большую погрешность. Поэтому можно воспользоваться формулой где
Ссылки
|
|