三角函数和反三角函数图像、导数、积分、等式关系

之前对三角函数的理解仅局限于sin,cos,tan。但是目前遇到的都是些csc,sec,cot,arctan,arccos,arcsin。积分和求导还有一堆公式
最近看到了一个六边形记忆法,更加简便。

1.倒三角:
sin²+cos²=1
tan²+1=sec²
1+cot²=csc²
2.对角线倒数
3.临点积
tan*cos=sin
sin*cot=cos
4.求导:左三角导数正,右三角导数负
上互换:
sin'=cos
cos'=-sin
中下2:
tan'=sec²
cot'=-csc²
下中下:
sec'=tan*sec
csc=-cot*csc
5.求积分:
sec积分:ln|sec+tan|+C
csc积分:-ln|csc+cot|+C

在这里插入图片描述

1.三角函数及其倒数

sin(x)和csc(x)

在这里插入图片描述

cos(x)和sec(x)

在这里插入图片描述

tan(x)和cot(x)

在这里插入图片描述

分析其特点:

在这里插入图片描述
这几个三角函数两两之间是倒数的关系。
他们共同特点:
1.在同一点处他们函数值相乘为1
他们有共同交点在y=1和y=-1这两条直线上
2.在同一区间他们同号。
其中一个函数->0+,那么另一个函数->+无穷
其中一个函数->0-,那么另一个函数->-无穷
3.在y=1和y=-1处对应的x坐标记为a。
在a的左右邻域他们增减性相反

2.三角函数及其反函数

sin(x)和arcsin(x)

注:
正弦函数y=sinx,x∈R因为在整个定义域上没有一一对应关系,所以不存在反函数。
反正弦函数对这样一个函数y=sinx,x∈[-π/2,π/2]成立,这里截取的是正弦函数靠近原点的一个单调区间。y=arcsinx 的定义域:[-1,1],值域:[-π/2,π/2]
在这里插入图片描述

cos(x)和arccos(x)

y=cosx,x∈R因为在整个定义域上没有一一对应关系,所以不存在反函数。
arccos(x)对这样一个函数y=cosx,x∈[0,π]成立,这里截取的是余弦函数靠近原点的一个单调区间,arccosx 值域是 :[0,π],定义域[-1,1]。

在这里插入图片描述

tan(x)和arctan(x)

注:
由于正切函数y=tanx在定义域R上不具有一一对应的关系,所以不存在反函数。

选取正切函数的一个单调区间。而由于正切函数在开区间(-π/2,π/2)中是单调连续的,因此,反正切函数是存在且唯一确定的。arctanx的值域是:(-π/2,π/2)。

在这里插入图片描述

分析其特点

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

他们的特点其实就是原函数和反函数的特点,
关于y=x对称。函数与其反函数在其对应区间内单调性相同。

3.python画图源代码

画图及坐标配置请参考matplotlib官方网站:https://matplotlib.org/gallery/index.html

import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei'] # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False # 用来正常显示负号#import pandas as pd
import numpy as np
from mpl_toolkits.axisartist.axislines import SubplotZero
import numpy as np
from matplotlib.ticker import MultipleLocator, FuncFormatterfig = plt.figure(1, (10, 6))ax = SubplotZero(fig, 1, 1, 1)
fig.add_subplot(ax)"""新建坐标轴"""
ax.axis["xzero"].set_visible(True)
#ax.axis["xzero"].label.set_text("新建y=0坐标")
#ax.axis["xzero"].label.set_color('green')
ax.axis['yzero'].set_visible(True)
# ax.axis["yzero"].label.set_text("新建x=0坐标")# 新建一条y=2横坐标轴
#ax.axis["新建1"] = ax.new_floating_axis(nth_coord=0, value=1,axis_direction="bottom")
#ax.axis["新建1"].toggle(all=True)
#ax.axis["新建1"].label.set_text("y = 1横坐标")
#ax.axis["新建1"].label.set_color('blue')"""坐标箭头"""
ax.axis["xzero"].set_axisline_style("-|>")
ax.axis["yzero"].set_axisline_style("-|>")"""隐藏坐标轴"""
# 方法一:隐藏上边及右边
# ax.axis["right"].set_visible(False)
# ax.axis["top"].set_visible(False)
#方法二:可以一起写
ax.axis["top",'right'].set_visible(False)
# 方法三:利用 for in
# for n in ["bottom", "top", "right"]:
#  ax.axis[n].set_visible(False)x = np.arange(-2*np.pi, 2*np.pi, 0.01)
def pi_formatter(x, pos):""" 将数值转换为以pi/4为单位的刻度文本 """m = np.round(x / (np.pi / 4))n = 4if m % 2 == 0: m, n = m / 2, n / 2if m % 2 == 0: m, n = m / 2, n / 2if m == 0:return "0"if m == 1 and n == 1:return "$\pi$"if n == 1:return r"$%d \pi$" % mif m == 1:return r"$\frac{\pi}{%d}$" % nreturn r"$\frac{%d \pi}{%d}$" % (m, n)# 设置两个坐标轴的范围
plt.ylim(-3 , 3)
plt.xlim(-2*np.pi, np.max(x))# 设置图的底边距
plt.subplots_adjust(bottom=0.15)plt.grid()  # 开启网格# 主刻度为pi/4
ax.xaxis.set_major_locator(MultipleLocator(np.pi / 4))# 主刻度文本用pi_formatter函数计算
ax.xaxis.set_major_formatter(FuncFormatter(pi_formatter))# 副刻度为pi/20
ax.xaxis.set_minor_locator(MultipleLocator(np.pi / 20))# 设置刻度文本的大小
for tick in ax.xaxis.get_major_ticks():tick.label1.set_fontsize(16)"""设置刻度
ax.set_ylim(-3, 3)
ax.set_yticks([-1,-0.5,0,0.5,1])
ax.set_xlim([-5, 8])
"""# ax.set_xticks([-5,5,1])#设置网格样式
ax.grid(True, linestyle='-.')'''ax.plot(x, 1/np.sin(x),color='lightskyblue', label="$csc(x)$")
ax.plot(x, np.sin(x),color='red', label="$sin(x)$")ax.plot(x, np.cos(x),color='orange', label="$cos(x)$")
ax.plot(x, 1/np.cos(x),color='green', label="$sec(x)$")ax.plot(x, np.sin(x)/np.cos(x),color='orange', label="$tan(x)$")
ax.plot(x, np.cos(x)/np.sin(x),color='skyblue', label="$cot(x)$")'''ax.plot(x, x,color='black', label="$y=x$")x3 = np.arange(-np.pi/2, np.pi/2, 0.01)
ax.plot(x, np.sin(x),color='red', label="$sin(x)$")
ax.plot(x3, np.sin(x3),color='green', label="$sin(x),x∈[-π/2,π/2]$")
ax.plot(np.sin(x3), x3 ,color='blue', label="$arcsin(x)$")x2 = np.arange(0, np.pi, 0.01)
ax.plot(x, np.cos(x),color='green', label="$cos(x)$")
ax.plot(x2, np.cos(x2),color='red', label="$cos(x),x∈[0,π]$")
ax.plot(np.cos(x2), x2 ,color='brown', label="$arccos(x)$")
'''
x4=np.arange(-np.pi/2, np.pi/2, 0.01)
ax.plot(x, np.tan(x),color='red', label="$tan(x)$")
ax.plot(x4, np.tan(x4),color='green', label="$tan(x),x∈(-π/2,π/2)$")
ax.plot(np.tan(x4), x4 ,color='blue', label="$arctan(x)$")
'''
plt.legend()
plt.show()
# 存为图像
# fig.savefig('test.png')

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