余弦函数

定义

余弦函数的定义

在直角三角形中,设一个锐角为 θ\theta,则余弦定义为:

cos⁡θ=邻边斜边\cos \theta = \frac{{邻边}}{{斜边}}

其中,“邻边”是指与角 θ\theta 相邻的那条直角边,“斜边”是三角形的最长边。

符号说明
符号类型读音/说明在本文中的含义
θ\theta希腊字母Theta(西塔)表示角的大小(锐角)

性质

  • 定义域:R\mathbb{R}
  • 值域:[−1,1][-1, 1]
  • 周期:2π2\pi
  • 奇偶性:偶函数
  • 单调性:在 [0,π][0, \pi] 上递减
  • 对称性:关于 yy 轴对称

图像

练习题

练习1

求 y=cos⁡xy = \cos x 的定义域和值域。

余弦函数定义域值域

解题思路:

余弦函数 y=cos⁡xy = \cos x 由单位圆上的点 (cos⁡x,sin⁡x)(\cos x, \sin x) 定义,对任意实数 xx 都有意义;而该点的横坐标取值范围恰好是 [−1,1][-1, 1]。

详细步骤:

  1. 由单位圆上点的定义,cos⁡x\cos x 对任何实数 xx 都有意义,所以定义域是 R\mathbb{R}。
  2. 单位圆上点的横坐标满足 −1≤cos⁡x≤1-1 \leq \cos x \leq 1,所以值域是 [−1,1][-1, 1]。
  3. 当 x=0x = 0 时 cos⁡x=1\cos x = 1,当 x=πx = \pi 时 cos⁡x=−1\cos x = -1,两个端点都能取到。

最终答案:

定义域:R\mathbb{R};值域:[−1,1][-1, 1]。

练习2

判断 y=cos⁡xy = \cos x 的周期性和奇偶性。

余弦函数周期奇偶性

解题思路:

周期用诱导公式 cos⁡(x+2π)=cos⁡x\cos(x + 2\pi) = \cos x 判断;奇偶性用 cos⁡(−x)\cos(-x) 与 cos⁡(x)\cos(x) 的关系判断。

详细步骤:

  1. 由诱导公式 cos⁡(x+2π)=cos⁡x\cos(x + 2\pi) = \cos x,且 2π2\pi 是使该等式成立的最小正数,所以 y=cos⁡xy = \cos x 的周期是 2π2\pi。
  2. 计算 f(−x)=cos⁡(−x)=cos⁡x=f(x)f(-x) = \cos(-x) = \cos x = f(x)。
  3. 满足 f(−x)=f(x)f(-x) = f(x),所以 y=cos⁡xy = \cos x 是偶函数,图像关于 yy 轴对称。

最终答案:

周期为 2π2\pi,是偶函数。

练习3

画出 y=sin⁡xy = \sin x 和 y=cos⁡xy = \cos x 的大致图像,并比较它们的周期性和对称性。

正弦函数余弦函数周期奇偶性

解题思路:

先确定两条曲线的形状与关键点,再比较周期与对称性:正弦图像过原点、余弦图像过点 (0,1)(0, 1),两者只相差一个 π2\frac{\pi}{2} 的水平平移。

详细步骤:

  1. y=sin⁡xy = \sin x 的图像过原点,在 [−π2,π2][-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}] 上单调递增;y=cos⁡xy = \cos x 的图像过点 (0,1)(0, 1),在 [0,π][0, \pi] 上单调递减。
  2. 由 cos⁡x=sin⁡(x+π2)\cos x = \sin(x + \frac{\pi}{2}),两条图像只相差一个 π2\frac{\pi}{2} 的水平平移。
  3. 两者平移 2π2\pi 后都回到原位,所以周期均为 2π2\pi。
  4. 由 sin⁡(−x)=−sin⁡x\sin(-x) = -\sin x 知 sin⁡x\sin x 是奇函数、图像关于原点对称;由 cos⁡(−x)=cos⁡x\cos(-x) = \cos x 知 cos⁡x\cos x 是偶函数、图像关于 yy 轴对称。

最终答案:

y=sin⁡xy = \sin x 和 y=cos⁡xy = \cos x 周期均为 2π2\pi,sin⁡x\sin x 是奇函数,cos⁡x\cos x 是偶函数。

练习4

下列函数中,哪些是奇函数?
(A) y=sin⁡xy = \sin x
(B) y=cos⁡xy = \cos x
(C) y=tan⁡xy = \tan x
(D) y=x2y = x^2

正弦函数余弦函数正切函数奇函数偶函数

解题思路:

逐个用 f(−x)=±f(x)f(-x) = \pm f(x) 检验奇偶性:正弦、正切对奇变号,余弦、二次幂对奇不变号。

详细步骤:

  1. (A) f(−x)=sin⁡(−x)=−sin⁡x=−f(x)f(-x) = \sin(-x) = -\sin x = -f(x),所以 y=sin⁡xy = \sin x 是奇函数。
  2. (B) f(−x)=cos⁡(−x)=cos⁡x=f(x)f(-x) = \cos(-x) = \cos x = f(x),所以 y=cos⁡xy = \cos x 是偶函数。
  3. (C) f(−x)=tan⁡(−x)=−tan⁡x=−f(x)f(-x) = \tan(-x) = -\tan x = -f(x),所以 y=tan⁡xy = \tan x 是奇函数。
  4. (D) f(−x)=(−x)2=x2=f(x)f(-x) = (-x)^2 = x^2 = f(x),所以 y=x2y = x^2 是偶函数。

最终答案:

(A)、(C) 是奇函数,(B)、(D) 不是。


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,用于表示余弦函数的周期(2π2\pi)

中英对照

中文术语英文术语音标说明
余弦函数cosine function/ˈkəʊsaɪn ˈfʌŋkʃən/三角函数之一,记作 cos⁡x\cos x
余弦cosine/ˈkəʊsaɪn/函数名称,简写为 cos⁡\cos
邻边adjacent side/əˈdʒeɪsənt saɪd/直角三角形中与角相邻的直角边
斜边hypotenuse/haɪˈpɒtənjuːz/直角三角形中最长的边
周期period/ˈpɪəriəd/函数值重复出现的最小间隔
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
偶函数even function/ˈiːvən ˈfʌŋkʃən/满足 f(−x)=f(x)f(-x) = f(x) 的函数

发现内容有问题?

告诉我们哪里需要改进。