三角函数是如此重要,微积分十六个简单导数里它占了十个之多
在数学、物理学和工程力学等诸多领域,矢量是很一个重要的概念。简单的去理解它,就是带方向的量,比如力F,速度v等都要作矢量分割。尤其在工程力学领域,两个不方向的量,其性质可能会有本质的区别。比如下图:
这是一个对曲杆进行内力分析的微分单元。
在这个微分单元的左侧,对于轴力N,其在切向上的分矢量N*sin θ/2,和剪切力Q的分矢量Q*cos θ/2构成剪切力的合力;而剪切力Q也一样,其在轴向上的分矢量Q*sin θ/2,和轴力N的分矢量N*cos θ/2构成轴力的合力。
在这个微分单元的右侧,是对左侧进行一个微增量后的结果。比如,轴力有微增dN,而dN=q(s)*rdθ,其中rdθ替代的是曲杆的微弧长dl。对于dN,仍然要进行矢量分割,dN*sin θ/2计入剪切力,dN*cos θ/2计入轴力。最终求积的微分中一定会有这样的存在:r*sin θ/2*dθ或r*cos θ/2*dθ。
从某种意义上说,微积分本身就是应曲线研究而生的。曲线微增量dl是无法取值的,只能转换成dl=rdθ,再换算成X轴和Y轴的分矢量r*cosθ*dθ和r*sinθ*dθ。这使得我们在用微分积解决问题时,非常大的概率会遇到三角函数求导数或求积分。
可以说,三角函数是微积分中最重要的基本函数,在十六个简单导数中它占了十个之多。
既然明确了三角函数的重要性,那我们不妨进一步了解一下这十个简单导数的求导过程。
1、正弦函数y=sin x;
(sin x)\’=lim(h→0)[sin(x+h)-sin x]/h
=lim(h→0)[2cos (x+h/2)*sin h/2]/h
=lim(h→0)cos (x+h/2)*lim(h→0)[sin h/2/(h/2)]
=cos x
2、余弦函数y=cos x;
(cos x)\’=lim(h→0)[cos(x+h)-cos x]/h
=lim(h→0)[-2sin (x+h/2)*sin h/2]/h
=lim(h→0)[-sin (x+h/2)]*lim(h→0)[sin h/2/(h/2)]
=-sin x
3、正切函数y=tg x;
(tg x)\’=(sin x/cos x)\’
=[(sin x)\’*cos x-sin x*(cos x)\’]/cos^2 x
=(cos^2 x+sin^2 x)/cos^2 x
=1/cos^2 x
=sec^2 x
4、余切函数y=ctg x;
(ctg x)\’=(cos x/sin x)\’
=[(cos x)\’*sin x-cos x*(sin x)\’]/sin^2 x
=-(sin^2 x+cos^2 x)/sin^2 x
=-1/sin^2 x
=-csc^2 x
5、正割函数y=sec x;
(sec x)\’=1/cos x
=[(1)\’*cos x-1*(cos x)\’]/cos^2 x
=sin x/cos^2 x
=sec x*tg x
6、余割函数y=csc x;
(csc x)\’=1/sin x
=[(1)\’*sin x-1*(sin x)\’]/sin^2 x
=-cos x/sin^2 x
=-csc x*ctg x
7、反正弦函数y=arc sin x;
因为y=arc sin x是x=sin y的反函数,所以有,(arc sin x)\’=1/(sin y)\’=1/cos y。接下来,我们把余弦cos y转换成正弦sin y,并进一步转换成x。
因为,cos y=√(1-sin^2 y)=√(1-x^2),所以有,(arc sin x)\’=1/√(1-x^2)。
8、反余弦函数y=arc cos x;
因为y=arc cos x是x=cos y的反函数,所以有,(arc cos x)\’=1/(cos y)\’=-1/sin y。接下来,我们把sin y转换成余弦cos y,并进一步转换成x。
因为,sin y=√(1-cos^2 y)=√(1-x^2),所以有,(arc sin x)\’=-1/√(1-x^2)。
9、反正切函数y=arc tg x;
因为y=arc tg x是x=tg y的反函数,所以有,(arc tg x)\’=1/(tg y)\’=1/sec^2 y。接下来,我们把sec y转换成余弦tg y,并进一步转换成x。
因为,sec^2 y=1+tg^2 y,所以有,(arc tg x)\’=1/√(1+x^2)。
10、反余切函数y=arc ctg x;
因为y=arc ctg x是x=ctg y的反函数,所以有,(arc ctg x)\’=1/(ctg y)\’=-1/cec^2 y。接下来,我们把cec y转换成余弦ctg y,并进一步转换成x。
因为,cec^2 y=1+ctg^2 y,所以有,(arc ctg x)\’=-1/(1+x^2)。
有这十个三角函数的导数做基础,再也不用担心曲线分析了。
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1.锐角三角函数
锐角三角函数定义:锐角角A的正弦(sin),余弦(cos)和正切(tan),余切(cot)以及正割(sec),余割(csc)都叫做角A的锐角三角函数。正弦(sin):对边比斜边,即sinA=a/c余弦(cos):邻边比斜边,即cosA=b/c正切(tan):对边比邻边,即tanA=a/b余切(cot):邻边比对边,即cotA=b/a正割(sec):斜边比邻边,即secA=c/b余割(csc):斜边比对边,即cscA=c/a
2.特殊角三角函数值
3.互余角的关系
sin(π-α)=sinα, cos(π-α)=-cosα,tan(π-α)=-cotα, cot(π-α)=-cota.
4.平方关系
sin^2(α)+cos^2(α)=1
tan^2(α)+1=sec^2(α)
cot^2(α)+1=csc^2(α)
5.积的关系
sinα=tanα·cosα
cosα=cotα·sinα
tanα=sinα·secα
cotα=cosα·cscα
secα=tanα·cscα
cscα=secα·cotα
6.倒数关系
tanα·cotα=1sinα·cscα=1cosα·secα=1
7.诱导公式
公式一: 设α为任意角,终边相同的角的同一三角函数的值相等:sin(2kπ+α)=sinα k∈zcos(2kπ+α)=cosα k∈ztan(2kπ+α)=tanα k∈zcot(2kπ+α)=cotα k∈z公式二: 设α为任意角,π+α的三角函数值与α的三角函数值之间的关系:sin(π+α)=-sinαcos(π+α)=-cosαtan(π+α)=tanα
8.两角和差公式
(1)sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB
(2)sin(A-B)=sinAcosB-sinBcosA
(3)cos(A+B)=cosAcosB-sinAsinB
(4)cos(A-B)=cosAcosB+sinAsinB
(5)tan(A+B)=(tanA+tanB)/(1-tanAtanB)
(6)tan(A-B)=(tanA-tanB)/(1+tanAtanB)
(7)cot(A+B)=(cotAcotB-1)/(cotB+cotA)
(8)cot(A-B)=(cotAcotB+1)/(cotB-cotA)
除了以上常考的三角函数公式外,掌握下面半角公式,积化和差和万能公式有利于快速解决选择题,达到事半功倍的效果哦!
1.半角公式
注:正负由α/2所在的象限决定。
2.积化和差,和差化积公式
(1)2sinAcosB=sin(A+B)+sin(A-B)
(2)2cosAsinB=sin(A+B)-sin(A-B)
(3)2cosAcosB=cos(A+B)-sin(A-B)
(4)-2sinAsinB=cos(A+B)-cos(A-B)
(5)sinA+sinB=2sin((A+B)/2)cos((A-B)/2)
(6)cosA+cosB=2cos((A+B)/2)sin((A-B)/2)
(7)tanA+tanB=sin(A+B)/cosAcosB
(8)tanA-tanB=sin(A-B)/cosAcosB
3.万能公式
其实三角函数公式数量虽多,但大家只要能够做到理解其含义,公式间是可以相互推导的,当然在考试的时候由于解题时间有限,所以还是要在平时多加练习才能加强记忆哦!
最后小面要送大家一首三角函数记忆口诀,希望每个童鞋都能成功通过“三角函数”这道难关:
三角函数是函数,象限符号坐标注。
函数图象单位圆,周期奇偶增减现。
同角关系很重要,化简证明都需要。
正六边形顶点处,从上到下弦切割;
中心记上数字1, 连结顶点三角形;
向下三角平方和,倒数关系是对角,
顶点任意一函数,等于后面两根除。
诱导公式就是好,负化正后大化小,
变成税角好查表,化简证明少不了。
二的一半整数倍,奇数化余偶不变,
将其后者视锐角,符号原来函数判。
两角和的余弦值,化为单角好求值,
余弦积减正弦积,换角变形众公式。
和差化积须同名,互余角度变名称。
计算证明角先行,注意结构函数名,
保持基本量不变,繁难向着简易变。
逆反原则作指导,升幂降次和差积。
条件等式的证明,方程思想指路明。
万能公式不一般,化为有理式居先。
公式顺用和逆用,变形运用加巧用;
1加余弦想余弦, 1减余弦想正弦,
幂升一次角减半,升幂降次它为范;
三角函数反函数,实质就是求角度,
先求三角函数值,再判角取值范围;
利用直角三角形,形象直观好换名,
简单三角的方程,化为最简求解集。
等一个一键三连~
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