反正割函数

定义

反正割函数的定义

反正割函数 y=arcsec⁡xy = \operatorname{arcsec} x 是正割函数 y=sec⁡xy = \sec x 的反函数。

性质

  • 定义域:(−∞,−1]∪[1,+∞)(-\infty, -1] \cup [1, +\infty)
  • 值域:[0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi]
  • 单调性:在定义域的两个连通分支 (−∞,−1](-\infty,-1] 和 [1,+∞)[1,+\infty) 上分别严格单调递增

为什么值域取 [0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi]

正割函数 y=sec⁡xy = \sec x 不是单射,且 sec⁡x=1cos⁡x\sec x = \frac{1}{\cos x} 在 x=π2x = \frac{\pi}{2} 处无定义。教材统一选定 [0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi] 作为 arcsec⁡\operatorname{arcsec} 的主值区间:去掉使 cos⁡x=0\cos x = 0 的点后,在该区间上 sec⁡x\sec x 在每个连通分支上单调,一个 yy 恰好对应一个 xx。

  • 在这个区间上,sec⁡x\sec x 分别从 11 递增到 +∞+\infty、从 −∞-\infty 递增到 −1-1;
  • 因此反函数 arcsec⁡x\operatorname{arcsec} x 的值域就是 [0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi];
  • 约定主值区间让所有教材/计算器结果一致。

求值例题

例:求 arcsec⁡2\operatorname{arcsec} 2 的值。

反正割函数求值特殊角

解题思路:要找 θ∈[0,π2)∪(π2,π]\theta \in [0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi],使 sec⁡θ=2\sec \theta = 2,即 cos⁡θ=12\cos \theta = \frac{1}{2}。

详细步骤:

  1. 特殊角中 cos⁡π3=12\cos \frac{\pi}{3} = \frac{1}{2},故 sec⁡π3=2\sec \frac{\pi}{3} = 2;
  2. π3≈1.047\frac{\pi}{3} \approx 1.047,落在 [0,π2)[0, \frac{\pi}{2}) 内;
  3. 由主值区间唯一性,arcsec⁡2=π3\operatorname{arcsec} 2 = \frac{\pi}{3}。

最终答案:arcsec⁡2=π3\operatorname{arcsec} 2 = \frac{\pi}{3}。

图像


练习题

练习题 1

已知 y=arcsec⁡xy = \operatorname{arcsec} x,求其定义域和值域。

反正割函数定义域值域

解题思路:

反正割函数是正割函数在主值区间 [0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi] 上的反函数:定义域由 sec⁡x\sec x 的值域决定,值域由主值区间决定。

详细步骤:

  1. 正割函数 y=sec⁡x=1cos⁡xy = \sec x = \frac{1}{\cos x} 的值域是 (−∞,−1]∪[1,+∞)(-\infty, -1] \cup [1, +\infty),反函数的定义域正是原函数的值域,所以 y=arcsec⁡xy = \operatorname{arcsec} x 的定义域是 (−∞,−1]∪[1,+∞)(-\infty, -1] \cup [1, +\infty)。
  2. 在 [0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi] 上,正割函数在两个连通分支上分别单调且值域不重叠,取该区间作为主值区间即可保证反函数唯一。
  3. 反函数把主值区间内的角度映回原函数的定义域,所以 y=arcsec⁡xy = \operatorname{arcsec} x 的值域是 [0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi]。

最终答案:

定义域:(−∞,−1]∪[1,+∞)(-\infty, -1] \cup [1, +\infty);值域:[0,π2)∪(π2,π][0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi]。


总结

本文出现的符号

符号类型读音/说明在本文中的含义
π\pi希腊字母Pi(派)圆周率,用于表示反正割函数的值域

中英对照

中文术语英文术语音标说明
反正割函数arcsecant function/ɑːkˈsiːkənt ˈfʌŋkʃən/正割函数的反函数,记作 y=arcsec⁡xy = \operatorname{arcsec} x
反正割arcsecant/ɑːkˈsiːkənt/函数名称,简写为 arcsec⁡\operatorname{arcsec}
反函数inverse function/ɪnˈvɜːs ˈfʌŋkʃən/与原函数互逆的函数
定义域domain/dəʊˈmeɪn/自变量的取值范围
值域range/reɪndʒ/函数值的取值范围

发现内容有问题?

告诉我们哪里需要改进。