Справочные данные по тангенсу (tg x) и котангенсу (ctg x). Геометрическое определение, свойства, графики, формулы. Таблица тангенсов и котангенсов, производные, интегралы, разложения в ряды. Выражения через комплексные переменные. Связь с гиперболическими функциями.

Геометрическое определение




|BD| - длина дуги окружности с центром в точке A .
α - угол, выраженный в радианах.

Тангенс (tg α ) - это тригонометрическая функция, зависящая от угла α между гипотенузой и катетом прямоугольного треугольника, равная отношению длины противолежащего катета |BC| к длине прилежащего катета |AB| .

Котангенс (ctg α ) - это тригонометрическая функция, зависящая от угла α между гипотенузой и катетом прямоугольного треугольника, равная отношению длины прилежащего катета |AB| к длине противолежащего катета |BC| .

Тангенс

Где n - целое.

В западной литературе тангенс обозначается так:
.
;
;
.

График функции тангенс, y = tg x


Котангенс

Где n - целое.

В западной литературе котангенс обозначается так:
.
Также приняты следующие обозначения:
;
;
.

График функции котангенс, y = ctg x


Свойства тангенса и котангенса

Периодичность

Функции y = tg x и y = ctg x периодичны с периодом π .

Четность

Функции тангенс и котангенс - нечетные.

Области определения и значений, возрастание, убывание

Функции тангенс и котангенс непрерывны на своей области определения (см. доказательство непрерывности). Основные свойства тангенса и котангенса представлены в таблице (n - целое).

y = tg x y = ctg x
Область определения и непрерывность
Область значений -∞ < y < +∞ -∞ < y < +∞
Возрастание -
Убывание -
Экстремумы - -
Нули, y = 0
Точки пересечения с осью ординат, x = 0 y = 0 -

Формулы

Выражения через синус и косинус

; ;
; ;
;

Формулы тангенса и котангенс от суммы и разности



Остальные формулы легко получить, например

Произведение тангенсов

Формула суммы и разности тангенсов

В данной таблице представлены значения тангенсов и котангенсов при некоторых значениях аргумента.

Выражения через комплексные числа

Выражения через гиперболические функции

;
;

Производные

; .


.
Производная n-го порядка по переменной x от функции :
.
Вывод формул для тангенса > > > ; для котангенса > > >

Интегралы

Разложения в ряды

Чтобы получить разложение тангенса по степеням x , нужно взять несколько членов разложения в степенной ряд для функций sin x и cos x и разделить эти многочлены друг на друга , . При этом получаются следующие формулы.

При .

при .
где B n - числа Бернулли. Они определяются либо из рекуррентного соотношения:
;
;
где .
Либо по формуле Лапласа:


Обратные функции

Обратными функциями к тангенсу и котангенсу являются арктангенс и арккотангенс , соответственно.

Арктангенс, arctg


, где n - целое.

Арккотангенс, arcctg


, где n - целое.

Использованная литература:
И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, «Лань», 2009.
Г. Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров, 2012.














Свойства функции y=tg x. y x 1 -1 у=tg x Нули функции:tg х = 0 при х = πn, nєZ у>0 при хє (0; π/2) и при сдвиге на πn,nєZ. у 0 при хє (0; π/2) и при сдвиге на πn,nєZ. у 0 при хє (0; π/2) и при сдвиге на πn,nєZ. у 0 при хє (0; π/2) и при сдвиге на πn,nєZ. у 0 при хє (0; π/2) и при сдвиге на πn,nєZ. у


0 при хє и при сдвиге на 8. у 0 при хє и при сдвиге на 8. у 10 Запишите все свойства функции y = tg x. 1. Область определения: 2. Множество значений функции: 3. Периодическая, Т= 4. Нечётная функция 5. Возрастает на всей области определения. 6. Нули функции у = 0 при х = 7. у > 0 при хє и при сдвиге на 8. у 0 при хє и при сдвиге на 8. у 0 при хє и при сдвиге на 8. у 0 при хє и при сдвиге на 8. у 0 при хє и при сдвиге на 8. у title="Запишите все свойства функции y = tg x. 1. Область определения: 2. Множество значений функции: 3. Периодическая, Т= 4. Нечётная функция 5. Возрастает на всей области определения. 6. Нули функции у = 0 при х = 7. у > 0 при хє и при сдвиге на 8. у


У х y = tgx y = tgx + a y = tgx – b


У х y = tgx y = tg(x – a)


У х y = tgx y = ItgxI


Функция y = ctg x 1. Область определения данной функции – все действительные числа, кроме чисел х= πk, k Z. 2. Область значений функции – все действительные числа. 3. Функция убывает на интервалах 4. Функция нечетная, график ее симметричен относительно начала координат. 5. Функция периодическая, ее наименьший положительный период равен π. - 1 у х π0-π-π - у=ctg x

В этом видеуроке рассмотрены свойства функций у = tg x, y = ctg x , показано, как построить их графики.

Видеоурок начинается с рассмотрения функции у = tg x .

Выделены свойства функции.

1) Областью определения функции у = tg x называются все действительные числа, за исключением х = π/2 + 2 πk. Т.е. на графике нет точек, которые принадлежат прямой х = π/2 и х = - π/2, а также х = 3π/2 и так далее (с той же периодичностью). Значит, график функции у = tg x будет состоять из бесконечного множества ветвей, которые будут находиться в промежутках между прямыми х = - 3π/2 и х = - π/2 , х = - π/2 и х = π/2 и так далее.

2) Функция у = tg x является периодической, где основной период равенπ. Это подтверждает равенство tg (x - π) = tg x = tg (x + π) . Эти равенства изучались ранее, автор предлагает ученикам вспомнить их, указывая, что для любого допустимого значения t справедливы равенства:

tg (t + π) = tg t , и ctg (t + π) = ctg t . Следствием этих равенств является то, что, если построена одна ветвь графика функции у = tgx в промежутке между прямыми х = - π/2 и х = π/2 , то остальные ветви можно получить путем сдвига этой ветви по оси х на π, 2π и так далее.

3) Функция у = tg x является нечетной, т.к. tg (- x) = - tg x .

Далее перейдем к построению графика функции у = tg x . Как следует из свойств функции, описанных выше, функция у = tg x периодическая и нечетная. Поэтому достаточно построить часть графика - одну ветвь в одном промежутке, а затем воспользоваться симметрией для переноса. Автор приводит таблицу, в которой рассчитываются значения tg x при определенных значениях x для более точного построения графика. Данные точки отмечаются на оси координат и соединяются плавной линией. Т.к. график симметричен относительно начала координат, то строится такая же ветвь, симметричная началу координат. В результате получаем одну ветвь графика у = tg x . Далее с помощью сдвига по оси х наπ, 2 πи так далее получается график у = tg x .

График функции у = tg x называется тангенсоида, а три ветви графика, показанные на рисунке - главные ветви тангенсоиды.

4) Функция у = tg x на каждом из промежутков (- + ; +) возрастает.

5) График функции у = tg x не имеет ограничений сверху и снизу.

6) Функция у = tg x не имеет наибольшего и наименьшего значения.

7) Функция у = tg x непрерывна на любом промежутке (-- π/2+π;π/2+π). Прямая π/2+π называется асимптотой графика функции у = tg x , т.к. в этих точках график функции прерывается.

8) Множеством значений функции у = tg x называются все действительные числа.

Далее в видеоуроке дается пример: решить уравнение с tg x . Для решения построим 2 графика функции у и найдем точки пересечения этих графиков: это бесконечное множество точек, абсциссы которых отличаются на πk. Корнем данного уравнения будет х = π/6 +πk.

Рассмотрим график функции у = ctg x . График функции можно построить двумя способами.

Первый способ предполагает построение графика аналогично построению графика функции у = tg x . Построим одну ветвь графика функции у = с tg x в промежутке между прямыми х = 0и х = π. Затем с помощью симметрии и периодичности построим другие ветви графика.

Второй способ более простой. График функции у = сtgx можно получить путем преобразования тангенсоиды с помощью формулы приведения с tgx = - tg (x + π/2). Для этого сдвинем одну ветвь графика функции у = tgx вдоль оси абсцисс на π/2вправо. Остальные ветви получаем путем сдвига этой ветви по оси х наπ, 2π и так далее. График функции у = ctgx называется также тангенсоида, а ветвь графика в промежутке (0;π) - главная ветвь тангенсоиды.

ТЕКСТОВАЯ РАСШИФРОВКА:

Мы рассмотрим свойства функции у = tg x (игрек равно тангенс икс), у = ctg x(игрек равно котангенс икс), построим их графики. Рассмотрим функцию y = tgx

Прежде, чем строить график функции у = tg x, запишем свойства этой функции.

СВОЙСТВО 1. Областью определения функции у = tg x являются все действительные числа, кроме чисел вида х = + πk (икс равен сумме пи на два и пи ка).

Это значит, что на графике этой функции нет точек, которые принадлежат прямой х = (получаем, если k= 0 ка равно нулю) и прямой х = (икс равно минус пи на два) (получаем, если k= - 1 ка равно минус одному), и прямой х = (икс равно три пи на два) (получаем, если k= 1 ка равно одному) и т. д. Значит график функции у = tg x будет состоять из бесконечного множества ветвей, которые будут находиться в промежутках между прямыми. А именно в полосе между х = и х =- ; в полосе х =- и х = ; в полосе х = и х = и так до бесконечности.

СВОЙСТВО 2. Функция у = tg x является периодической с основным периодом π. (Так как справедливо двойное равенство

tg(x- π) = tgx = tg (x+π) тангенс от икс минус пи равен тангенсу икс и равен тангенсу от икс плюс пи). Это равенство мы рассматривали при изучении тангенса и котангенса. Напомним его:

Для любого допустимого значения t справедливы равенства:

tg (t + π)= tgt

ctg (t + π) = ctgt

Из этого равенства следует, что, построив ветвь графика функции у = tg x в промежутке от х =- и х = , мы получим остальные ветви путем сдвига построенной ветви по оси Х на π, 2π, и так далее.

СВОЙСТВО 3. Функция у = tg x является нечетной функцией, так как справедливо равенство tg (- x) = - tg x.

Построим график функции у = tg x

Так как эта функция периодическая, состоит из бесконечного множества ветвей (в полосе между х = и х = , а также в полосе между х = и х = и т.д.) и нечетная, то построим по точкам часть графика на промежутке от нуля до пи на два (), затем воспользуемся симметрией начала координат и периодичностью.

Построим таблицу значений тангенса для построения графика.

Находим первую точку: зная, что при х = 0 tg x = 0(икс равном нулю тангенс икс тоже равен нулю); следующая точка: при х = tg x = (икс равном пи на шесть тангенс икс равен корень из трех на три); отметим следующие точки: при х = tg x = 1 (икс равном пи на четыре тангенс икс равен единице), а при х = tg x = (икс равном пи на три тангенс икс равен корню квадратному из трех). Отметив полученные точки на координатной плоскости и соединим их плавной линией (рис. 2).

Так как график функции симметричен относительно начала координат, то построим такую же ветвь симметрично начала координат. (рис.3).

И, наконец, применив периодичность, получим график функции у = tg x.

Мы построили ветвь графика функции у = tg x в полосе от х =- и х = . Строим остальные ветви путем сдвига построенной ветви по оси Х на π, 2π, и так далее.

Построенный график называется тангенсоида.

Изображенную на рисунке 3 часть тангенсоиды называют главной ветвью тангенсоиды.

На основании графика запишем еще свойства этой функции.

СВОЙСТВО 4. Функция у = tg x возрастает на каждом из промежутков (от минус пи на два плюс пи ка до пи на два плюс пи ка).

СВОЙСТВО 5. Функция у = tg x не ограничена ни сверху, ни снизу.

СВОЙСТВО 6. Функция у = tg x не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений.

СВОЙСТВО 7. Функция у = tg x непрерывна на любом интервале вида (от минус пи на два плюс пи ка до пи на два плюс пи ка).

Прямая вида х = + πk (икс равно сумме пи на два и пи ка) является вертикальной асимптотой графика функции, так как в точках вида х = + πk функция терпит разрыв.

СВОЙСТВО 8. Множеством значений функции у = tg x являются все действительные числа, то есть (е от эф равно промежутку от минус бесконечности до плюс бесконечности).

ПРИМЕР 1. Решить уравнение tg x = (тангенс икс равен корень из трех на три).

Решение. Построим в одной системе координат графики функций у = tg x

(игрек равен тангенсу икс) и у = (игрек равен корню из трех, деленному на три).

Получили бесконечно много точек пересечения, абсциссы которых отличаются друг от друга на πk (пи ка).Так как tg x = при х = , то абсцисса точки пересечения на главной ветви равна (пи на шесть).

Все решения данного уравнения запишем формулой х = + πk (икс равно пи на шесть плюс пи ка).

Ответ: х = + πk.

Построим график функции у = сtg x.

Рассмотрим два способа построения.

Первый способ аналогичен построению графика функции у = tg x.

Так как эта функция периодическая, состоит из бесконечного множества ветвей (в полосе между х = 0 и х =π , а также в полосе между х =π и х = 2π и т.д.) и нечетная, то построим по точкам часть графика на промежутке от нуля до пи на два (), затем воспользуемся симметрией и периодичностью.

Воспользуемся таблицей значений котангенса для построения графика.

Отметив полученные точки на координатной плоскости и соединим их плавной линией.

Так как график функции симметричен относительно, то построим такую же ветвь симметрично.

Применим периодичность, получим график функции у = сtg x.

Мы построили ветвь графика функции у = сtg x в полосе от х = 0 и х =π. Строим остальные ветви путем сдвига построенной ветви по оси x на π, - π, 2π, - 2π и так далее.

Второй способ построения графика функции у =сtg x.

Получить график функции у =сtg x проще всего с помощью преобразования тангенсоиды, используя формулу приведения (котангенс икс равно минус тангенс от суммы икс и пи на два).

При этом сначала, сдвинем ветвь графика функции у =tg x вдоль оси абсцисс на вправо, получим

у = tg (x+), а затем выполняем симметрию полученного графика относительно оси абсцисс. В результате получится ветвь графика функции у =сtg x (рис.4). Зная одну ветвь, можем построить весь график используя периодичность функции. Строим остальные ветви путем сдвига построенной ветви по оси x на π, 2π, и так далее.

График функции у =сtg x называется тоже тангенсоида, как и график функции у =tg x. Ветвь, которая заключена в промежутке от нуля до пи, называют главной ветвью графика функции у =сtg x.

Основными тригонометрическими функциями являются функции y=sin(x), y=cos(x), y=tg(x), y=ctg(x). Рассмотрим каждую из них в отдельности.

Y = sin(x)

График функции y=sin(x).

Основные свойства:

3. Функция нечетная.

Y = cos(x)

График функции y=cos(x).

Основные свойства:

1. Область определения вся числовая ось.

2. Функция ограниченная. Множество значений - отрезок [-1;1].

3. Функция четная.

4.Функция периодическая с наименьшим положительным периодом равным 2*π.

Y = tg(x)

График функции y=tg(x).

Основные свойства:

1. Область определения вся числовая ось, за исключением точек вида x=π/2 +π*k, где k - целое.

3. Функция нечетная.

Y = ctg(x)

График функции y=ctg(x).

Основные свойства:

1. Область определения вся числовая ось, за исключением точек вида x=π*k, где k - целое.

2. Функция неограниченная. Множество значение вся числовая прямая.

3. Функция нечетная.

4.Функция периодическая с наименьшим положительным периодом равным π.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема:

МОУ лицей №10 города Советска Калининградской области

учитель математики

Разыграева Татьяна Николаевна.

Конспект урока по алгебре в 10-м классе по теме:

«Функции y = tgx, y = ctgx, их свойства и графики”.

Цели: 1. Изучить свойства функций y = tgx, y = ctgx; выработать у учащихся умения изображать схематически и читать графики этих функций. Сформировать прочные навыки в умении решать графически уравнения, выполнять преобразования графиков.

    Оргмомент. Сообщение темы, целей и задач урока. Приглашение к сотрудничеству.

    Актуализация знаний. Устная работа.

1.Вычислите:

2.Докажите, что число  является периодом для функции .

3.Докажите, что функция нечётная. Доказательство: .

4.Прочитайте по графику функцию.

D (f ) = [ -2; 5]. Функция не является ни чётной, ни нечётной. Функция возрастает на промежутках [ -2; -1], , убывает на промежутке [ -1; 2]. Функция ограничена снизу и сверху. Функция непрерывна на всей области определения. E(f) = [ -4; 5].

Свойство 2. Функция периодическая с периодом , т.к.

Свойство 3. Функция нечётная, т.к. . График нечётной функции симметричен относительно начала координат.

Составим таблицу основных значений:

x

0

/6

/4

/3

tgx

0

1

Построим график функции в первой четверти:

Используя свойства функции, строим полностью график функции y = tgx.

Свойство 4. Функция возрастает на всём интервале вида:

График функции y = tgx называют тангенсоидой , а ветвь на промежутке называют главной ветвью.

Свойство 7.Функция y = tgx непрерывна на любом промежутке вида

Рассмотрим пример: решите уравнение . Решим это уравнение графически. Построим в одной системе координат графики функций и .

Пример 2. Построить график функции

Составим план построения: 1) Построим главную тангенсоиду.

2) Отобразим эту ветвь симметрично относительно оси х. 3) Сдвинем полученную ветвь на /2 влево. 4) зная одну ветвь, построим весь график.

Т.к. , то построен график функции

По графику полученной функции описать её свойства. Как быстро это сделать? (Большинство свойств у функций y = tgx и совпадают).

Свойство 1. D (f ) – все действительные числа, кроме чисел вида x = k .

Свойство 2. Функция периодическая с периодом .

Свойство 3. Функция нечётная.

Свойство 4. Функция убывает на всём интервале вида:

Свойство 5. Функция не ограничена ни снизу, ни сверху.

Свойство 6. Функция не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений.

Свойство 7.Функция y = tgx непрерывна на любом промежутке вида:

Свойство 8. E(f) = (-  ; +  ).

График функции так же называется тангенсоидой.

    Закрепление изученного материала. № 254,255,257,258 – устно. № 261в, 262в – письменно.

    Итог урока.

- С какими функциями мы сегодня с вами познакомились?

- Что можно сказать о них?

- Какими похожими свойствами они обладают? В чём различие?

- Как называются графики этих функций?

    Домашнее задание. §15 № 256(а), 259(а), 261(а), 262(а).

Просмотр содержимого презентации
«Функции тангенса и котангенса, их свойства и графики.»


Функции y = tg x, y = ctg x,

их свойства и графики.

МАОУ лицей №10 города Советска

Калининградской области

учитель математики

Разыграева Татьяна Николаевна


Работа устно:

Вычислите:

Докажите, что число является периодом для функции y = sin2x.

sin2(x - ) = sin2x = sin2(x + )

Докажите, что функция является нечётной:

f(x) = x⁵ ∙ cos3x

Прочитайте по графику функцию:

Подсказка!


План прочтения графика:

1) D(f) – область определения функции .

2) Чётность или нечётность функции .

3) Промежутки возрастания, убывания

функции .

4) Ограниченность функции .

5) Наибольшие, наименьшие значения

функции .

6) Непрерывность функции.

7) E(f) – область значений функции.


Свойство 1.

Область определения функции y = tg x – множество

всех действительных чисел, за исключением чисел

вида x = /2 + k.


Свойство 2.

y = tg x – периодическая функция с

периодом .

tg(x - ) = tg x = tg(x + )

Свойство 3.

y = tg x – нечётная функция.

tg(- x) = - tg x

(График функции симметричен относительно

начала координат).


х

tg x

y

1

0

x


Свойство 4.

y = tg x

Функция возрастает на любом интервале вида:

График функции y = tg x

называется тангенсоидой .


Свойство 5.

Функция y = tg x не ограничена ни снизу, ни сверху.

Свойство 6.

У функции y = tg x нет ни наибольшего, ни

наименьшего значений.

Свойство 7.

Функция y = tg x непрерывна на любом интервале

вида

Свойство 8.


Пример 1.

Решите уравнение tg x = 3

у = 3

Ответ:


Пример 2.

Построить график функции y = - tg (x + /2).

y = ctg x

Т.к. - tg (x + /2) = ctg x, то построен график функции

y = ctg x.


Опишите свойства функции y = ctgx.

  • D(f): множество всех действительных чисел, кроме чисел

вида x = k.

2) Периодическая с периодом .

3) Нечётная функция.

4) Функция убывает на любом интервале вида ( k; + k).

5) Функция не ограничена ни снизу, ни сверху.

6) Функция не имеет ни наибольшего, ни наименьшего

значений.

7) Функция непрерывна на любом интервале вида ( k; + k).

8) E(f) = (- ; + ).


1). Пример №3 по учебнику

разобрать самостоятельно.

2). № 254, 255, 257, 258 – устно.

3). № 261 (в), 262 (в) –письменно.

4). Домашнее задание:

№ 256 (а), 259 (а), 261(а), 262(а).