正切函数

定义

正切函数的定义

在直角三角形中,设一个锐角为 θ\theta,则正切定义为:

tan⁡θ=对边邻边\tan \theta = \frac{{对边}}{{邻边}}

其中,“对边”是指与角 θ\theta 相对的那条直角边,“邻边”是指与角 θ\theta 相邻的那条直角边。

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:x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi
  • 值域:R\mathbb{R}
  • 周期:π\pi
  • 奇偶性:奇函数
  • 单调性:在每个单调区间内递增
  • 对称性:关于原点对称

图像

练习题

练习1

求 y=tan⁡xy = \tan x 的定义域和值域。

正切函数定义域值域

解题思路:

正切函数 y=tan⁡x=sin⁡xcos⁡xy = \tan x = \frac{\sin x}{\cos x},分母为零时无定义;在每个连续区间上正切从 −∞-\infty 变到 +∞+\infty,所以值域是 R\mathbb{R}。

详细步骤:

  1. 由 tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \frac{\sin x}{\cos x},当 cos⁡x=0\cos x = 0 即 x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi(kk 为整数)时分母为零,函数无定义。
  2. 所以定义域是 x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi。
  3. 在每个连续区间 (−π2+kπ,π2+kπ)(-\frac{\pi}{2} + k\pi, \frac{\pi}{2} + k\pi) 上,正切函数从 −∞-\infty 单调递增到 +∞+\infty,故值域是 R\mathbb{R}。

最终答案:

定义域:x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi;值域:R\mathbb{R}。

练习2

判断 y=tan⁡xy = \tan x 的周期性和奇偶性。

正切函数周期奇偶性

解题思路:

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

详细步骤:

  1. 由诱导公式 tan⁡(x+π)=tan⁡x\tan(x + \pi) = \tan x,且 π\pi 是使该等式成立的最小正数,所以 y=tan⁡xy = \tan x 的周期是 π\pi。
  2. 计算 f(−x)=tan⁡(−x)=−tan⁡x=−f(x)f(-x) = \tan(-x) = -\tan x = -f(x)。
  3. 满足 f(−x)=−f(x)f(-x) = -f(x),所以 y=tan⁡xy = \tan x 是奇函数,图像关于原点对称。

最终答案:

周期为 π\pi,是奇函数。

练习3

判断下列函数中哪些是三角函数:y=sin⁡xy = \sin x,y=x2y = x^2,y=tan⁡xy = \tan x,y=exy = e^x。

三角函数正弦函数正切函数

解题思路:

三角函数以角为自变量、函数值是相应的三角比值;逐个检查自变量与函数值的构成方式即可区分。

详细步骤:

  1. y=sin⁡xy = \sin x 与 y=tan⁡xy = \tan x 都以角 xx 为自变量、以相应的正弦比值和正切比值为函数值,都是三角函数。
  2. y=x2y = x^2 的自变量是普通实数而非角,函数值也不对应任何三角比值,不是三角函数。
  3. y=exy = e^x 是指数函数,底数 ee 为常数、自变量处在指数位置,同样不是三角函数。

最终答案:

y=sin⁡xy = \sin x、y=tan⁡xy = \tan x 是三角函数,y=x2y = x^2、y=exy = e^x 不是。

练习4

已知 y=tan⁡xy = \tan x,写出其定义域和值域。

正切函数定义域值域

解题思路:

从 tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \frac{\sin x}{\cos x} 出发确定无定义点,再由每个单调区间上的取值范围确定值域。

详细步骤:

  1. 分母 cos⁡x=0\cos x = 0 的点为 x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi(kk 为整数),这些点上正切函数无定义。
  2. 所以定义域是 x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi,即从 R\mathbb{R} 中去掉这些间断点。
  3. 在每个区间 (−π2+kπ,π2+kπ)(-\frac{\pi}{2} + k\pi, \frac{\pi}{2} + k\pi) 上正切从 −∞-\infty 递增到 +∞+\infty,故值域是 R\mathbb{R}。

最终答案:

定义域:x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi;值域:R\mathbb{R}。

练习5

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。

练习6

已知 y=tan⁡xy = \tan x,写出其周期和定义域。

正切函数周期定义域

解题思路:

周期用诱导公式判断,定义域用 tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \frac{\sin x}{\cos x} 的分母为零条件判断。

详细步骤:

  1. 由诱导公式 tan⁡(x+π)=tan⁡x\tan(x + \pi) = \tan x,且 π\pi 是使该等式成立的最小正数,所以 y=tan⁡xy = \tan x 的周期是 π\pi。
  2. 由 tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \frac{\sin x}{\cos x},当 cos⁡x=0\cos x = 0 即 x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi(kk 为整数)时函数无定义。
  3. 所以定义域是 x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\pi,图像由若干条互相平移、每条都单调递增的支组成。

最终答案:

周期为 π\pi,定义域为 x≠π2+kπx \neq \frac{\pi}{2} + k\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,用于表示正切函数的周期(π\pi)

中英对照

中文术语英文术语音标说明
正切函数tangent function/ˈtændʒənt ˈfʌŋkʃən/三角函数之一,记作 tan⁡x\tan x
正切tangent/ˈtændʒənt/函数名称,简写为 tan⁡\tan
对边opposite side/ˈɒpəzɪt saɪd/直角三角形中与角相对的直角边
邻边adjacent side/əˈdʒeɪsənt saɪd/直角三角形中与角相邻的直角边
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

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