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高等数学(预备知识之反函数)<为什么反正弦函数的值域是>

高等数学(预备知识之反函数)

目录 一.反三角函数1.1反正弦函数1.2反余弦函数1.3反正切函数1.4反余切函数 二.反函数

一.反三角函数 1.1反正弦函数

正弦函数 y = sin ⁡ x y=sin x y=sinx quad ( x ∈ [ − π 2 , π 2 ] xin[-frac{π}{2},frac{π}{2}] x∈[−2π​,2π​])的反函数叫反正弦函数 记作 y = arcsin ⁡ x y=arcsin x y=arcsinx, ( x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1], y ∈ [ − π 2 , π 2 ] yin[-frac{π}{2},frac{π}{2}] y∈[−2π​,2π​]) 或 y = sin ⁡ y=sin y=sin-1 x x x

注意区分: ( sin ⁡ x ) (sin x) (sinx)-1= 1 sin ⁡ x frac{1}{sin x} sinx1​ quad sin ⁡ sin sin-1 x x x = arcsin ⁡ x arcsin x arcsinx

当 x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1] 时, quad arcsin ⁡ ( − x ) = − arcsin ⁡ x arcsin(-x)=-arcsin x arcsin(−x)=−arcsinx 当 x ∈ [ − π 2 , π 2 ] xin[-frac{π}{2},frac{π}{2}] x∈[−2π​,2π​]时, quad arcsin ⁡ ( sin ⁡ x ) = x arcsin(sin x)=x arcsin(sinx)=x 当 x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1]时, quad quad sin ⁡ ( arcsin ⁡ x ) = x sin(arcsin x)=x sin(arcsinx)=x

quad quad

1.2反余弦函数

正弦函数 y = cos ⁡ x y=cos x y=cosx quad ( x ∈ [ 0 , π ] xin[0,π] x∈[0,π])的反函数叫反余弦函数 记作 y = arccos ⁡ x y=arccos x y=arccosx, ( x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1], y ∈ [ 0 , π ] yin[0,π] y∈[0,π]) 或 y = cos ⁡ y=cos y=cos-1 x x x

反余弦函数是严格单调递减, 有界的非奇非偶函数, 它的图像关于点(0, π 2 frac{π}{2} 2π​)中心对称, 所以 y 1 y_1 y1​+ y 2 y_2 y2​= π

当 x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1]时, quad cos ⁡ cos cos-1(-x) = π − cos ⁡ =π-cos =π−cos-1x 当 x ∈ [ 0 , π ] xin[0,π] x∈[0,π] 时, quad cos ⁡ cos cos-1 ( cos ⁡ x ) = x (cos x)=x (cosx)=x 当 x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1]时, quad cos ⁡ cos cos( cos ⁡ cos cos-1 x x x) = x =x =x 当 x ∈ [ − 1 , 1 ] xin[-1,1] x∈[−1,1]时, quad sin ⁡ sin sin( cos ⁡ cos cos-1 x x x) = 1 − x 2 sqrt{1-x^2} 1−x2 ​

最后一个公式的证明过程 令 y= cos ⁡ cos cos-1 x x x quad x ∈ [ 0 , π ] xin[0,π] x∈[0,π] sin ⁡ sin sin( cos ⁡ cos cos-1 x x x) = sin ⁡ y sin y siny = 1 − cos ⁡ 2 y sqrt{1-cos^2y} 1−cos2y ​ = 1 − x 2 sqrt{1-x^2} 1−x2 ​

quad quad

1.3反正切函数

正切函数 y = tan ⁡ x y= an x y=tanx quad ( x ∈ [ − π 2 , π 2 ] xin[-frac{π}{2},frac{π}{2}] x∈[−2π​,2π​])的反函数叫反正切函数 记作 y = arctan ⁡ x y=arctan x y=arctanx, ( x ∈ R xin R x∈R, y ∈ [ − π 2 , π 2 ] yin[-frac{π}{2},frac{π}{2}] y∈[−2π​,2π​]) 或 y = tan ⁡ y= an y=tan-1 x x x

当 x ∈ ( − ∞ , ∞ ) xin(-infty,infty) x∈(−∞,∞)时, quad arctan ⁡ ( − x ) = − arctan ⁡ x arctan(-x)=-arctan x arctan(−x)=−arctanx 当 x ∈ ( − π 2 , π 2 ) xin(-frac{π}{2},frac{π}{2}) x∈(−2π​,2π​)时, quad arctan ⁡ ( tan ⁡ x ) = x arctan( an x)=x arctan(tanx)=x 当 x ∈ ( − ∞ , ∞ ) xin(-infty,infty) x∈(−∞,∞)时, quad tan ⁡ ( arctan ⁡ x ) = x an(arctan x)=x tan(arctanx)=x

quad quad

1.4反余切函数

余切函数 y = cot ⁡ x y=cot x y=cotx quad ( x ∈ [ 0 , π ] xin[0,π] x∈[0,π])的反函数叫反余切函数 记作 y = cot ⁡ y=cot y=cot-1x, ( x ∈ R xin R x∈R, y ∈ [ 0 , π ] yin[0,π] y∈[0,π])

当 x ∈ ( − ∞ , ∞ ) xin(-infty,infty) x∈(−∞,∞)时, quad cot ⁡ cot cot-1(-x) = π- cot ⁡ cot cot-1x 当 x ∈ ( 0 , π ) xin(0,π) x∈(0,π)时, quad quad quad cot ⁡ cot cot-1( cot ⁡ x cot x cotx) = x x x 当 x ∈ ( − ∞ , ∞ ) xin(-infty,infty) x∈(−∞,∞)时, quad cot ⁡ cot cot( cot ⁡ cot cot-1 x x x) = x x x 当 x ∈ ( − ∞ , 0 ) xin(-infty,0) x∈(−∞,0) ∪ cup ∪(0, ∞ infty ∞)时, quad tan ⁡ ( cot ⁡ an(cot tan(cot-1 x x x) = 1 x frac{1}{x} x1​, quad cot ⁡ ( tan ⁡ cot( an cot(tan-1 x x x) = 1 x frac{1}{x} x1​ 当 x ∈ ( − ∞ , ∞ ) xin(-infty,infty) x∈(−∞,∞)时, quad tan ⁡ an tan-1 x x x + cot ⁡ cot cot-1 x x x = π 2 frac{π}{2} 2π​

补充 tan ⁡ an tan-1 x x x + cot ⁡ cot cot-1 x x x = π 2 frac{π}{2} 2π​ sin ⁡ sin sin-1 x x x + cos ⁡ cos cos-1 x x x = π 2 frac{π}{2} 2π​

quad quad

二.反函数

原函数 quad 对应 quad 反函数 y=f(x) quad quad quad quad quad y=f-1(x) x quad quad quad quad quad quad quad y y quad quad quad quad quad quad quad x 定义域 quad quad quad quad quad 值域 值域 quad quad quad quad quad 定义域

图像关于y=x轴对称,原函数与反函数单调性同增同减

求解反函数的方法 (1)把y当作常数, 将函数看作是一个方程, 求出变量x (2)把x和y对调

quad quad 例题1:

(1) arcsin ⁡ ( − 1 ) arcsin(-1) arcsin(−1) ∵ ecause ∵-1 ∈ in ∈[-1,1] sin ⁡ ( − π 2 ) sin(-frac{π}{2}) sin(−2π​)=-1 ∴ herefore ∴ arcsin ⁡ ( − 1 ) arcsin(-1) arcsin(−1) = − π 2 -frac{π}{2} −2π​

(2) arcsin ⁡ ( − 3 2 ) arcsin(-frac{sqrt{3}}{2}) arcsin(−23 ​​) ∵ ecause ∵ − 3 2 -frac{sqrt{3}}{2} −23 ​​ ∈ in ∈[-1,1] sin ⁡ ( − π 3 ) sin(-frac{π}{3}) sin(−3π​)= − 3 2 -frac{sqrt{3}}{2} −23 ​​ ∴ herefore ∴ arcsin ⁡ ( − 3 2 ) arcsin(-frac{sqrt{3}}{2}) arcsin(−23 ​​) = − π 3 -frac{π}{3} −3π​

(3) arccos ⁡ ( 2 2 ) arccos(frac{sqrt{2}}{2}) arccos(22 ​​) ∵ ecause ∵ 2 2 frac{sqrt{2}}{2} 22 ​​ ∈ in ∈[-1,1] cos ⁡ ( π 4 ) = 2 2 cos(frac{π}{4})=frac{sqrt{2}}{2} cos(4π​)=22 ​​ ∴ herefore ∴ arccos ⁡ ( 2 2 ) arccos(frac{sqrt{2}}{2}) arccos(22 ​​) = π 4 frac{π}{4} 4π​

(4) arccos ⁡ 0 arccos0 arccos0 ∵ ecause ∵ 0 ∈ in ∈[-1,1] cos ⁡ ( π 2 ) = 0 cos(frac{π}{2})=0 cos(2π​)=0 ∴ herefore ∴ arccos ⁡ ( 0 ) arccos(0) arccos(0) = π 2 frac{π}{2} 2π​

(5) arctan ⁡ 3 3 arctanfrac{sqrt{3}}{3} arctan33 ​​ ∵ ecause ∵ 3 3 frac{sqrt{3}}{3} 33 ​​ ∈ in ∈ ( − ∞ , ∞ ) (-infty,infty) (−∞,∞) tan ⁡ π 6 anfrac{π}{6} tan6π​ = 3 3 frac{sqrt{3}}{3} 33 ​​ ∴ herefore ∴ arctan ⁡ 3 3 arctanfrac{sqrt{3}}{3} arctan33 ​​ = π 6 frac{π}{6} 6π​

quad quad 例题2: (1) sin ⁡ [ arcsin ⁡ ( − 1 2 ) ] sin[arcsin(-frac{1}{2})] sin[arcsin(−21​)] − 1 2 -frac{1}{2} −21​

(2) arccos ⁡ ( cos ⁡ 11 π 6 ) arccos(cosfrac{11π}{6}) arccos(cos611π​) cos ⁡ 11 π 6 cosfrac{11π}{6} cos611π​ = cos ⁡ ( − π 6 ) cos(-frac{π}{6}) cos(−6π​) = cos ⁡ ( π 6 ) cos(frac{π}{6}) cos(6π​) = 3 2 frac{sqrt{3}}{2} 23 ​​ ∴ herefore ∴ arccos ⁡ ( 3 2 ) arccos(frac{sqrt{3}}{2}) arccos(23 ​​) = π 6 frac{π}{6} 6π​

quad quad 例题3: 求下列函数的反函数 方法: 先求出自变量为y的方程, 再把x和y互换

(1) y = x − 1 x + 1 y=frac{x-1}{x+1} y=x+1x−1​ => y ( x + 1 ) = x − 1 y(x+1)=x-1 y(x+1)=x−1 => y x + y = x − 1 yx+y=x-1 yx+y=x−1 => y x − x = − y − 1 yx-x=-y-1 yx−x=−y−1 => x ( y − 1 ) = − y − 1 x(y-1)=-y-1 x(y−1)=−y−1 => x = − y − 1 y − 1 x=frac{-y-1}{y-1} x=y−1−y−1​ 整理(上下同乘-1) => x = 1 + y 1 − y x=frac{1+y}{1-y} x=1−y1+y​ => y = 1 + x 1 − x y=frac{1+x}{1-x} y=1−x1+x​

(2) y = e y=e y=e2x => ln ⁡ y = 2 x ln y=2x lny=2x => x = ln ⁡ y 2 x=frac{ln y}{2} x=2lny​ => y = ln ⁡ x 2 y=frac{ln x}{2} y=2lnx​

(3) y = ln ⁡ ( x + x 2 + 1 ) y=ln(x+sqrt{x^2+1}) y=ln(x+x2+1 ​) => e y = x + x 2 + 1 e^y=x+sqrt{x^2+1} ey=x+x2+1 ​ => e y − x = x 2 + 1 e^y-x=sqrt{x^2+1} ey−x=x2+1 ​ => e2y+ x 2 − 2 x e y = x 2 + 1 x^2-2xe^y=x^2+1 x2−2xey=x2+1 => e2y − 2 x e y = 1 -2xe^y=1 −2xey=1 => e y ( e y − 2 x ) = 1 e^y(e^y-2x)=1 ey(ey−2x)=1 => e y − 2 x = 1 e y e^y-2x=frac{1}{e^y} ey−2x=ey1​ => x = e y − 1 e y 2 x=frac{e^y-frac{1}{e^y}}{2} x=2ey−ey1​​

(4) y = sin ⁡ 3 x y=sin3x y=sin3x => 3 x = arcsin ⁡ y 3x=arcsin y 3x=arcsiny => x = 1 3 arcsin ⁡ y x=frac{1}{3}arcsin y x=31​arcsiny => y = 1 3 arcsin ⁡ x y=frac{1}{3}arcsin x y=31​arcsinx

(5) y = arcsin ⁡ 3 x y=arcsin3x y=arcsin3x => 3 x = sin ⁡ y 3x=sin y 3x=siny => x = sin ⁡ y 3 x=frac{sin y}{3} x=3siny​ => y = 1 3 sin ⁡ x y=frac{1}{3}sin x y=31​sinx

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