正弦函数
定义
在直角三角形中,设一个锐角为 θ,则正弦定义为:
sinθ=斜边对边其中,“对边”是指与角 θ 相对的那条直角边,“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 | 希腊字母 | Theta(西塔) | 表示角的大小(锐角) |
性质
- 定义域:R
- 值域:[−1,1]
- 周期:2π
- 奇偶性:奇函数
- 单调性:在 [−2π,2π] 上递增
- 对称性:关于原点对称
图像
发散思维
1. 弦是什么
弦(xián,chord):在圆中,连接圆上任意两点的线段称为弦。通过圆心的弦叫做直径,是最长的弦。
历史背景:早在公元前 1800 年,古巴比伦人就使用弦长表解决天文和测量问题。古希腊数学家希帕恰斯和托勒密创建了详细的弦表,记录给定圆心角对应的弦长。
弦与正弦的关系:正弦函数(sine)的名称来源于”弦”的概念。在圆中,从圆心向弦的中点作垂线,将弦分成两等份,这一半的弦长就是现代正弦函数的雏形。后来印度天文学家将”半弦”的概念进一步发展,形成了现代的正弦函数。
2. “sine” 这个名称是怎么来的
正弦函数的英文名称”sine”经历了一段有趣的”翻译旅行”:
- 印度:公元 5 世纪,印度天文学家阿耶波多创造了”jya”(正弦)一词
- 阿拉伯:“jya”音译为阿拉伯文的”jiba”,但被误读为”jaib”(意为”湾”或”海湾”)
- 欧洲:12 世纪,“jaib”被翻译成拉丁文”sinus”(也意为”湾”)
- 现代:最终演变为英语”sine”
这就是为什么正弦函数的名称是”音译+误译”的产物,原本与”弦”相关,但在翻译过程中变成了”湾”的含义。
练习题
练习1
已知 y=sinx,求其定义域和值域。
正弦函数定义域值域
解题思路:
正弦函数 y=sinx 由单位圆上的点 (cosx,sinx) 定义,对任意实数 x 都有意义;而该点的纵坐标取值范围恰好是 [−1,1]。
详细步骤:
- 由单位圆上点的定义,sinx 对任何实数 x 都有意义,所以定义域是 R。
- 单位圆上点的纵坐标满足 −1≤sinx≤1,所以值域是 [−1,1]。
- 当 x=2π 时 sinx=1,当 x=−2π 时 sinx=−1,两个端点都能取到。
最终答案:
定义域:R;值域:[−1,1]。
练习2
画出 y=sinx 和 y=cosx 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),两者只相差一个 2π 的水平平移。
详细步骤:
- y=sinx 的图像过原点,在 [−2π,2π] 上单调递增;y=cosx 的图像过点 (0,1),在 [0,π] 上单调递减。
- 由 cosx=sin(x+2π),两条图像只相差一个 2π 的水平平移。
- 两者平移 2π 后都回到原位,所以周期均为 2π。
- 由 sin(−x)=−sinx 知 sinx 是奇函数、图像关于原点对称;由 cos(−x)=cosx 知 cosx 是偶函数、图像关于 y 轴对称。
最终答案:
y=sinx 和 y=cosx 周期均为 2π,sinx 是奇函数,cosx 是偶函数。
练习3
已知 y=sinx,求其最小正周期。
正弦函数周期
解题思路:
先由诱导公式得到 2π 是一个周期,再借助零点的分布排除更小的正周期。
详细步骤:
- 由诱导公式 sin(x+2π)=sinx,说明 2π 是 y=sinx 的一个周期。
- 再看零点的分布:sinx=0 当且仅当 x=kπ,所以任何正周期都必须是 π 的整数倍。
- 而 sin(x+π)=−sinx=sinx,故 π 不是周期,最小的正整数倍只能是 2π。
最终答案:
最小正周期为 2π。
练习4
下列函数中,哪些是奇函数?
(A) y=sinx
(B) y=cosx
(C) y=tanx
(D) y=x2
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) 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:
- (A) f(−x)=sin(−x)=−sinx=−f(x),所以 y=sinx 是奇函数。
- (B) f(−x)=cos(−x)=cosx=f(x),所以 y=cosx 是偶函数。
- (C) f(−x)=tan(−x)=−tanx=−f(x),所以 y=tanx 是奇函数。
- (D) f(−x)=(−x)2=x2=f(x),所以 y=x2 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 | 希腊字母 | Pi(派) | 圆周率,用于表示正弦函数的周期(2π) |
| R | 数学符号 | 双线体 R(Real numbers) | 表示实数集,正弦函数的定义域 |
中英对照
| 中文术语 | 英文术语 | 音标 | 说明 |
|---|
| 正弦函数 | sine function | /saɪn ˈfʌŋkʃən/ | 三角函数之一,记作 sinx |
| 正弦 | sine | /saɪn/ | 函数名称,简写为 sin |
| 对边 | opposite side | /ˈɒpəzɪt saɪd/ | 直角三角形中与角相对的直角边 |
| 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 |
| 奇函数 | odd function | /ɒd ˈfʌŋkʃən/ | 满足 f(−x)=−f(x) 的函数 |
| 弦(xián) | chord | /kɔːd/ | 圆中连接圆上任意两点的线段 |