Обра́тные тригонометри́ческие фу́нкции (круговые функции, аркфункции) — математические функции, являющиеся обратными к тригонометрическим функциям. К обратным тригонометрическим функциям обычно относят шесть функций:
- арксинус (обозначение: arcsinx;{displaystyle arcsin x;} угол, синус которого равен x{displaystyle x})
- арккосинус (обозначение: arccosx;{displaystyle arccos x;} угол, косинус которого равен x{displaystyle x} и т. д.)
- арктангенс (обозначение: arctgx{displaystyle operatorname {arctg} x}; в иностранной литературе arctanx{displaystyle arctan x})
- арккотангенс (обозначение: arcctgx{displaystyle operatorname {arcctg} x}; в иностранной литературе arccotx{displaystyle operatorname {arccot} x} или arccotanx{displaystyle operatorname {arccotan} x})
- арксеканс (обозначение: arcsecx{displaystyle operatorname {arcsec} x})
- арккосеканс (обозначение: arccosecx{displaystyle operatorname {arccosec} x}; в иностранной литературе arccscx{displaystyle operatorname {arccsc} x})
Название обратной тригонометрической функции образуется от названия соответствующей ей тригонометрической функции добавлением приставки «арк-» (от лат. arcus — дуга). Это связано с тем, что геометрически значение обратной тригонометрической функции можно связать с длиной дуги единичной окружности (или углом, стягивающим эту дугу), соответствующей тому или иному отрезку. Так, обычный синус позволяет по дуге окружности найти стягивающую её хорду, а обратная функция решает противоположную задачу. Манера обозначать таким образом обратные тригонометрических функции появилась у австрийского математика Карла Шерфера (нем. Karl Scherffer; 1716—1783) и закрепилась благодаря Лагранжу. Впервые специальный символ для обратной тригонометрической функции использовал Даниил Бернулли в 1729 году. Английская и немецкая математические школы до конца XIX века предлагали иные обозначения: sin−1,1sin,{displaystyle sin ^{-1},{frac {1}{sin }},} но они не прижились[1].Лишь изредка в иностранной литературе, также как и в научных/инженерных калькуляторах, пользуются обозначениями типа sin−1, cos−1 для арксинуса, арккосинуса и т. п.[2], — такая запись считается не очень удобной, так как возможна путаница с возведением функции в степень −1.
Тригонометрические функции периодичны, поэтому функции, обратные к ним, многозначны. То есть, значение аркфункции представляет собой множество углов (дуг), для которых соответствующая прямая тригонометрическая функция равна заданному числу. Например, arcsin1/2{displaystyle arcsin 1/2} означает множество углов (π6,5π6,13π6,17π6… (30∘,150∘,390∘,510∘…)){displaystyle left({frac {pi }{6}},{frac {5pi }{6}},{frac {13pi }{6}},{frac {17pi }{6}}dots ~(30^{circ },150^{circ },390^{circ },510^{circ }dots )right)}, синус которых равен 1/2{displaystyle 1/2}. Из множества значений каждой аркфункции выделяют её главные значения (см. графики главных значений аркфункций ниже), которые обычно и имеют в виду, говоря об арксинусе, арккосинусе и т. д.
В общем случае при условии −1⩽α⩽1{displaystyle -1leqslant alpha leqslant 1} все решения уравнения sinx=α{displaystyle sin x=alpha } можно представить в виде x=(−1)narcsinα+πn, n=0,±1,±2,… .{displaystyle x=(-1)^{n}arcsin alpha +pi n,~n=0,pm 1,pm 2,dots ~.}[3]
Содержание
- 1 Основное соотношение
- 2 Функция arcsin
- 3 Функция arccos
- 4 Функция arctg
- 5 Функция arcctg
- 6 Функция arcsec
- 7 Функция arccosec
- 8 Разложение в ряды
- 9 Производные от обратных тригонометрических функций
- 10 Интегралы от обратных тригонометрических функций
- 11 Использование в геометрии
- 12 Связь с натуральным логарифмом
- 13 Примечания
- 14 Ссылки
- 15 См. также
Основное соотношение
- arcsinx+arccosx=π2{displaystyle arcsin x+arccos x={frac {pi }{2}}}
- arctgx+arcctgx=π2{displaystyle operatorname {arctg} ,x+operatorname {arcctg} ,x={frac {pi }{2}}}
Функция arcsin
График функции y=arcsinx{displaystyle y=arcsin x}
Аркси́нусом числа x называется такое значение угла y, выраженного в радианах, для которого siny=x,−π2⩽y⩽π2,|x|⩽1.{displaystyle sin y=x,quad -{frac {pi }{2}}leqslant yleqslant {frac {pi }{2}},quad |x|leqslant 1.}
Функция y=arcsinx{displaystyle y=arcsin x}
непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго возрастающей.
- sin(arcsinx)=x{displaystyle sin(arcsin x)=xqquad } при −1⩽x⩽1,{displaystyle -1leqslant xleqslant 1,}
- arcsin(siny)=y{displaystyle arcsin(sin y)=yqquad } при −π2⩽y⩽π2,{displaystyle -{frac {pi }{2}}leqslant yleqslant {frac {pi }{2}},}
- D(arcsinx)=[−1;1]{displaystyle D(arcsin x)=[-1;1]qquad } (область определения),
- E(arcsinx)=[−π2;π2]{displaystyle E(arcsin x)=left[-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right]qquad } (область значений).
Свойства функции arcsin
- arcsin(−x)=−arcsinx{displaystyle arcsin(-x)=-arcsin xqquad } (функция является нечётной).
- arcsinx>0{displaystyle arcsin x>0} при 0<x⩽1{displaystyle 0<xleqslant 1} .
- arcsinx=0{displaystyle arcsin x=0} при x=0.{displaystyle x=0.}
- arcsinx<0{displaystyle arcsin x<0} при −1⩽x<0.{displaystyle -1leqslant x<0.}
- arcsinx={arccos1−x2,0⩽x⩽1−arccos1−x2,−1⩽x<0{displaystyle arcsin x=left{{begin{matrix}arccos {sqrt {1-x^{2}}},qquad 0leqslant xleqslant 1-arccos {sqrt {1-x^{2}}},qquad -1leqslant x<0end{matrix}}right.}
- arcsinx=arctgx1−x2{displaystyle arcsin x=operatorname {arctg} {frac {x}{sqrt {1-x^{2}}}}}
- arcsinx={arcctg1−x2x,0<x⩽1arcctg1−x2x−π,−1⩽x<0{displaystyle arcsin x=left{{begin{matrix}operatorname {arcctg} ,{frac {sqrt {1-x^{2}}}{x}},qquad 0<xleqslant 1operatorname {arcctg} ,{frac {sqrt {1-x^{2}}}{x}}-pi ,qquad -1leqslant x<0end{matrix}}right.}
Получение функции arcsin
Дана функция y=sinx.{displaystyle y=sin x.}
На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, обратное соответствие y=arcsinx{displaystyle y=arcsin x} функцией не является. Поэтому мы рассмотрим отрезок, на котором она строго возрастает и принимает все значения области значений — [−π2;π2]{displaystyle left[-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right]} . Так как для функции y=sinx{displaystyle y=sin x} на интервале [−π2;π2]{displaystyle left[-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right]} каждое значение функции достигается при единственном значении аргумента, то на этом отрезке существует обратная функция y=arcsinx,{displaystyle y=arcsin x,} график которой симметричен графику функции y=sinx{displaystyle y=sin x} на отрезке [−π2;π2]{displaystyle left[-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right]} относительно прямой y=x.{displaystyle y=x.} (графики взаимно обратных функций симметричны относительно биссектрисы первого и третьего координатных углов координатной плоскости Oxy{displaystyle Oxy} )
Функция arccos
График функции y=arccosx{displaystyle y=arccos x}
Аркко́синусом числа x называется такое значение угла y в радианной мере, для которого cosy=x,0⩽y⩽π,|x|⩽1.{displaystyle cos y=x,qquad 0leqslant yleqslant pi ,|x|leqslant 1.}
Функция y=arccosx{displaystyle y=arccos x}
непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго убывающей и неотрицательной.
- cos(arccosx)=x{displaystyle cos(arccos x)=x} при −1⩽x⩽1,{displaystyle -1leqslant xleqslant 1,}
- arccos(cosy)=y{displaystyle arccos(cos y)=y} при 0⩽y⩽π.{displaystyle 0leqslant yleqslant pi .}
- D(arccosx)=[−1;1]{displaystyle D(arccos x)=[-1;1]} (область определения),
- E(arccosx)=[0;π]{displaystyle E(arccos x)=[0;pi ]} (область значений).
Свойства функции arccos
- arccos(−x)=π−arccosx.{displaystyle arccos(-x)=pi -arccos x.} Функция центрально-симметрична относительно точки (0;π2),{displaystyle left(0;{frac {pi }{2}}right),} является индифферентной (ни чётной, ни нечётной).
- arccosx>0{displaystyle arccos x>0} при −1⩽x<1.{displaystyle -1leqslant x<1.}
- arccosx=0{displaystyle arccos x=0} при x=1.{displaystyle x=1.}
- arccosx=π2−arcsinx.{displaystyle arccos x={frac {pi }{2}}-arcsin x.}
- arccosx={arcsin1−x2,0⩽x⩽1π−arcsin1−x2,−1⩽x<0{displaystyle arccos x=left{{begin{matrix}arcsin {sqrt {1-x^{2}}},qquad 0leqslant xleqslant 1pi -arcsin {sqrt {1-x^{2}}},qquad -1leqslant x<0end{matrix}}right.}
- arccosx={arctg1−x2x,0<x⩽1π+arctg1−x2x,−1⩽x<0{displaystyle arccos x=left{{begin{matrix}operatorname {arctg} ,{frac {sqrt {1-x^{2}}}{x}},qquad 0<xleqslant 1pi +operatorname {arctg} ,{frac {sqrt {1-x^{2}}}{x}},qquad -1leqslant x<0end{matrix}}right.}
- arccosx=2arcsin1−x2{displaystyle arccos x=2arcsin {sqrt {frac {1-x}{2}}}}
- arccosx=2arccos1+x2{displaystyle arccos x=2arccos {sqrt {frac {1+x}{2}}}}
- arccosx=2arctg1−x1+x{displaystyle arccos x=2operatorname {arctg} {sqrt {frac {1-x}{1+x}}}}
Получение функции arccos
Дана функция y=cosx.{displaystyle y=cos x.}
На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, обратное соответствие y=arccosx{displaystyle y=arccos x} функцией не является. Поэтому мы рассмотрим отрезок, на котором она строго убывает и принимает все свои значения — [0;π].{displaystyle [0;pi ].} На этом отрезке y=cosx{displaystyle y=cos x} строго монотонно убывает и принимает все свои значения только один раз, а значит, на отрезке [0;π]{displaystyle [0;pi ]} существует обратная функция y=arccosx,{displaystyle y=arccos x,} график которой симметричен графику y=cosx{displaystyle y=cos x} на отрезке [0;π]{displaystyle [0;pi ]} относительно прямой y=x.{displaystyle y=x.}
Функция arctg
График функции y=arctgx{displaystyle y=operatorname {arctg} ,x}
Аркта́нгенсом числа x называется такое значение угла y,{displaystyle y,}
выраженное в радианах, для которого tgy=x,−π2<y<π2.{displaystyle operatorname {tg} y=x,quad -{frac {pi }{2}}<y<{frac {pi }{2}}.}
Функция y=arctgx{displaystyle y=operatorname {arctg} x}
определена на всей числовой прямой, всюду непрерывна и ограничена. Она является строго возрастающей.
- tg(arctgx)=x{displaystyle operatorname {tg} ,(operatorname {arctg} ,x)=x} при x∈R,{displaystyle xin mathbb {R} ,}
- arctg(tgy)=y{displaystyle operatorname {arctg} ,(operatorname {tg} ,y)=y} при −π2<y<π2,{displaystyle -{frac {pi }{2}}<y<{frac {pi }{2}},}
- D(arctgx)=(−∞;∞){displaystyle D(operatorname {arctg} ,x)=(-infty ;infty )} (область определения),
- E(arctgx)=(−π2;π2){displaystyle E(operatorname {arctg} ,x)=left(-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right)} (область значений).
Свойства функции arctg
- arctg(−x)=−arctgx{displaystyle operatorname {arctg} (-x)=-operatorname {arctg} xqquad } (функция является нечётной).
- arctgx=arcsinx1+x2.{displaystyle operatorname {arctg} x=arcsin {frac {x}{sqrt {1+x^{2}}}}.}
- arctgx=arccos11+x2{displaystyle operatorname {arctg} x=arccos {frac {1}{sqrt {1+x^{2}}}}} , при x > 0.
- arctgx=arcctg1x.{displaystyle operatorname {arctg} x=operatorname {arcctg} {frac {1}{x}}.}
- arctgx=−iarthix{displaystyle operatorname {arctg} x=-ioperatorname {arth} {ix}} , где arth{displaystyle operatorname {arth} } — гиперболический арктангенс.
- arthx=iarctgix.{displaystyle operatorname {arth} x=ioperatorname {arctg} {ix}.}
Получение функции arctg
Дана функция y=tgx.{displaystyle y=operatorname {tg} ,x.}
На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, обратное соответствие y=arctgx{displaystyle y=operatorname {arctg} ,x} функцией не является (так как нарушается требование однозначности). Поэтому рассмотрим отрезок, на котором она строго возрастает и принимает все свои значения только один раз — (−π2;π2).{displaystyle left(-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right).} На этом отрезке y=tgx{displaystyle y=operatorname {tg} ,x} строго монотонно возрастает и принимает все свои значения только один раз, следовательно, на интервале (−π2;π2){displaystyle left(-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right)} существует обратная y=arctgx{displaystyle y=operatorname {arctg} ,x} , график которой симметричен графику y=tgx{displaystyle y=operatorname {tg} ,x} на отрезке (−π2;π2){displaystyle left(-{frac {pi }{2}};{frac {pi }{2}}right)} относительно прямой y=x.{displaystyle y=x.}
Функция arcctg
График функции y=arcctgx{displaystyle y=operatorname {arcctg} x}
Арккота́нгенсом числа x называется такое значение угла y (в радианной мере измерения углов), для которого ctgy=x,0<y<π.{displaystyle operatorname {ctg} ,y=x,quad 0<y<pi .}
Функция y=arcctgx{displaystyle y=operatorname {arcctg} ,x}
определена на всей числовой прямой, всюду непрерывна и ограничена. Она является строго убывающей и всюду положительной.
- ctg(arcctgx)=x{displaystyle operatorname {ctg} (operatorname {arcctg} ,x)=x} при x∈R,{displaystyle xin mathbb {R} ,}
- arcctg(ctgy)=y{displaystyle operatorname {arcctg} (operatorname {ctg} ,y)=y} при 0<y<π,{displaystyle 0<y<pi ,}
- D(arcctgx)=(−∞;∞),{displaystyle D(operatorname {arcctg} x)=(-infty ;infty ),}
- E(arcctgx)=(0;π).{displaystyle E(operatorname {arcctg} x)=(0;pi ).}
Свойства функции arcctg
- arcctg(−x)=π−arcctgx.{displaystyle operatorname {arcctg} (-x)=pi -operatorname {arcctg} x.} График функции центрально-симметричен относительно точки (0;π2).{displaystyle left(0;{frac {pi }{2}}right).} Функция является индифферентной (ни чётной, ни нечётной).
- arcctgx>0{displaystyle operatorname {arcctg} x>0} при любых x.{displaystyle x.}
- arcctgx={arcsin11+x2,x⩾0π−arcsin11+x2,x<0{displaystyle operatorname {arcctg} x=left{{begin{matrix}arcsin {frac {1}{sqrt {1+x^{2}}}},qquad xgeqslant 0pi -arcsin {frac {1}{sqrt {1+x^{2}}}},qquad x<0end{matrix}}right.}
- arcctgx=π/2−arctgx.{displaystyle operatorname {arcctg} x=pi /2-operatorname {arctg} x.}
Получение функции arcctg
Дана функция y=ctgx{displaystyle y=operatorname {ctg} ,x}
. На всей своей области определения она является кусочно-монотонной, и, значит, обратное соответствие y=arcctgx{displaystyle y=operatorname {arcctg} ,x} функцией не является. Поэтому рассмотрим промежуток, на котором она строго убывает и принимает все свои значения только один раз — (0;π){displaystyle (0;pi )} . На этом отрезке y=ctgx{displaystyle y=operatorname {ctg} ,x} строго убывает и принимает все свои значения только один раз, следовательно, на интервале (0;π){displaystyle (0;pi )} существует обратная функция y=arcctgx{displaystyle y=operatorname {arcctg} ,x} , график которой симметричен графику y=ctgx{displaystyle y=operatorname {ctg} ,x} на отрезке (0;π){displaystyle (0;pi )} относительно прямой y=x.{displaystyle y=x.}
График арккотангенса получается из графика арктангенса, если последний отразить относительно оси ординат (то есть заменить знак аргумента, x→−x{displaystyle xrightarrow -x}
) и сместить вверх на π/2; это вытекает из вышеупомянутой формулы arcctgx=arctg(−x)+π/2.{displaystyle operatorname {arcctg} x=operatorname {arctg} (-x)+pi /2.}
Функция arcsec
График функции y=arcsecx{displaystyle y=operatorname {arcsec} x}
Арксе́кансом числа x называется такое значение угла y (в радианной мере измерения углов), для которого secy=x,|x|⩾1,0⩽y⩽π.{displaystyle sec y=x,qquad |x|geqslant 1,quad 0leqslant yleqslant pi .}
Функция y=arcsecx{displaystyle y=operatorname {arcsec} x}
непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго возрастающей и всюду неотрицательной.
- sec(arcsecx)=x{displaystyle sec(operatorname {arcsec} x)=x} при |x|⩾1,{displaystyle |x|geqslant 1,}
- arcsec(secy)=y{displaystyle operatorname {arcsec}(sec y)=y} при 0⩽y⩽π.{displaystyle 0leqslant yleqslant pi .}
- D(arcsecx)=(−∞;−1]∪[1,∞){displaystyle D(operatorname {arcsec} x)=(-infty ;-1]cup [1,infty )} (область определения),
- E(arcsecx)=[0;π2)∪(π2;π]{displaystyle E(operatorname {arcsec} x)=[0;{frac {pi }{2}})cup ({frac {pi }{2}};pi ]} (область значений).
Свойства функции arcsec
- arcsec(−x)=π−arcsecx.{displaystyle operatorname {arcsec}(-x)=pi -operatorname {arcsec} x.} График функции центрально-симметричен относительно точки (0;π2).{displaystyle left(0;{frac {pi }{2}}right).} Функция является индифферентной (ни чётной, ни нечётной).
- arcsecx⩾0{displaystyle operatorname {arcsec} xgeqslant 0} при любых x.{displaystyle x.}
- arcsecx={arcsinx2−1x,x⩾1π+arcsinx2−1x,x⩽−1{displaystyle operatorname {arcsec} x=left{{begin{matrix}arcsin {frac {sqrt {x^{2}-1}}{x}},qquad xgeqslant 1pi +arcsin {frac {sqrt {x^{2}-1}}{x}},qquad xleqslant -1end{matrix}}right.}
- arcsecx=π2−arccosecx.{displaystyle operatorname {arcsec} x={frac {pi }{2}}-operatorname {arccosec} x.}
- arcsecx=arccos1x.{displaystyle operatorname {arcsec} x=arccos {frac {1}{x}}.}
Функция arccosec
График функции y=arccosecx{displaystyle y=operatorname {arccosec} x}
Арккосе́кансом числа x называется такое значение угла y (в радианной мере измерения углов), для которого cosecy=x,|x|⩾1,−π/2⩽y⩽π/2.{displaystyle operatorname {cosec} y=x,qquad |x|geqslant 1,quad -pi /2leqslant yleqslant pi /2.}
Функция y=arccosecx{displaystyle y=operatorname {arccosec} x}
непрерывна и ограничена на всей своей области определения. Она является строго убывающей.
- cosec(arccosecx)=x{displaystyle operatorname {cosec} (operatorname {arccosec} x)=x} при |x|⩾1,{displaystyle |x|geqslant 1,}
- arccosec(cosecy)=y{displaystyle operatorname {arccosec} (operatorname {cosec} y)=y} при −π/2⩽y⩽π/2.{displaystyle -pi /2leqslant yleqslant pi /2.}
- D(arccosecx)=(−∞;−1]∪[1,∞){displaystyle D(operatorname {arccosec} x)=(-infty ;-1]cup [1,infty )} (область определения),
- E(arccosecx)=[−π2;0)∪(0;π2]{displaystyle E(operatorname {arccosec} x)=[-{frac {pi }{2}};0)cup (0;{frac {pi }{2}}]} (область значений).
Свойства функции arccosec
- arccosec(−x)=−arccosecx{displaystyle operatorname {arccosec} (-x)=-operatorname {arccosec} x} (функция является нечётной).
- arccosecx=arctgsgnxx2−1={arctg1×2−1,x>1−arctg1×2−1,x<−1{displaystyle operatorname {arccosec} ,x=operatorname {arctg} {frac {operatorname {sgn} x}{sqrt {x^{2}-1}}}=left{{begin{matrix}operatorname {arctg} {frac {1}{sqrt {x^{2}-1}}},qquad x>1-operatorname {arctg} {frac {1}{sqrt {x^{2}-1}}},qquad x<-1end{matrix}}right.}
- arccosecx=π/2−arcsecx.{displaystyle operatorname {arccosec} x=pi /2-operatorname {arcsec} x.}
- arccosecx=arcsin1x.{displaystyle operatorname {arccosec} x=arcsin {frac {1}{x}}.}
Разложение в ряды
- arcsinx=x+x36+3×540+⋯ =∑n=0∞(2n)!4n(n!)2(2n+1)x2n+1{displaystyle displaystyle arcsin x=x+{frac {x^{3}}{6}}+{frac {3x^{5}}{40}}+cdots =sum _{n=0}^{infty }{frac {(2n)!}{4^{n}(n!)^{2}(2n+1)}}x^{2n+1}} для всех |x|≤1{displaystyle left|xright|leq 1} [4]
- arccosx=π2−arcsinx=π2−∑n=0∞(2n)!4n(n!)2(2n+1)x2n+1{displaystyle displaystyle arccos x={pi over 2}-arcsin x={pi over 2}-sum _{n=0}^{infty }{frac {(2n)!}{4^{n}(n!)^{2}(2n+1)}}x^{2n+1}} для всех |x|≤1{displaystyle left|xright|leq 1}
- arctg x=x−x33+x55−⋯ =∑n=1∞(−1)n−12n−1x2n−1{displaystyle displaystyle operatorname {arctg} x=x-{frac {x^{3}}{3}}+{frac {x^{5}}{5}}-cdots =sum _{n=1}^{infty }{frac {(-1)^{n-1}}{2n-1}}x^{2n-1}} для всех |x|≤1{displaystyle left|xright|leq 1}
Производные от обратных тригонометрических функций
Все обратные тригонометрические функции бесконечно дифференцируемы в каждой точке своей области определения. Первые производные:
(arcsinx)′=11−x2.{displaystyle (arcsin x)’={frac {1}{sqrt {1-x^{2}}}}.}
(arccosx)′=−11−x2.{displaystyle (arccos x)’=-{frac {1}{sqrt {1-x^{2}}}}.}
(arctgx)′=1 1+x2.{displaystyle (operatorname {arctg} ,x)’={frac {1}{ 1+x^{2}}}.}
(arcctgx)′=−1 1+x2.{displaystyle (operatorname {arcctg} ,x)’=-{frac {1}{ 1+x^{2}}}.}
(arcsecx)′=1|x|x2−1.{displaystyle (operatorname {arcsec} x)’={1 over |x|{sqrt {x^{2}-1}}}.}
(arccosecx)′=−1|x|x2−1.{displaystyle (operatorname {arccosec} ,x)’=-{1 over |x|{sqrt {x^{2}-1}}}.}
Интегралы от обратных тригонометрических функций
Неопределённые интегралы
Для действительных и комплексных x:
- ∫arcsinxdx=xarcsinx+1−x2+C,∫arccosxdx=xarccosx−1−x2+C,∫arctgxdx=xarctgx−12ln(1+x2)+C,∫arcctgxdx=xarcctgx+12ln(1+x2)+C,∫arcsecxdx=xarcsecx−ln(x(1+x2−1×2))+C,∫arccosecxdx=xarccosecx+ln(x(1+x2−1×2))+C.{displaystyle {begin{aligned}int arcsin x,dx&{}=x,arcsin x+{sqrt {1-x^{2}}}+C,int arccos x,dx&{}=x,arccos x-{sqrt {1-x^{2}}}+C,int operatorname {arctg} ,x,dx&{}=x,operatorname {arctg} ,x-{frac {1}{2}}ln left(1+x^{2}right)+C,int operatorname {arcctg} ,x,dx&{}=x,operatorname {arcctg} ,x+{frac {1}{2}}ln left(1+x^{2}right)+C,int operatorname {arcsec} x,dx&{}=x,operatorname {arcsec} x-ln left(xleft(1+{sqrt {{x^{2}-1} over x^{2}}},right)!right)+C,int operatorname {arccosec} ,x,dx&{}=x,operatorname {arccosec} ,x+ln left(xleft(1+{sqrt {{x^{2}-1} over x^{2}}},right)!right)+C.end{aligned}}}
Для действительных x ≥ 1:
- ∫arcsecxdx=xarcsecx−ln(x+x2−1)+C,∫arccosecxdx=xarccosecx+ln(x+x2−1)+C.{displaystyle {begin{aligned}int operatorname {arcsec} x,dx&{}=x,operatorname {arcsec} x-ln left(x+{sqrt {x^{2}-1}}right)+C,int operatorname {arccosec} ,x,dx&{}=x,operatorname {arccosec} ,x+ln left(x+{sqrt {x^{2}-1}}right)+C.end{aligned}}}
Использование в геометрии
Обратные тригонометрические функции используются для вычисления углов треугольника, если известны его стороны, например, с помощью теоремы косинусов.
В прямоугольном треугольнике эти функции от отношений сторон сразу дают угол.Так, если катет длины a{displaystyle a}
является противолежащим для угла α{displaystyle alpha } , то
α=arcsin(a/c)=arccos(b/c)=arctg(a/b)=arccosec(c/a)=arcsec(c/b)=arcctg(b/a).{displaystyle alpha =arcsin(a/c)=arccos(b/c)=operatorname {arctg} (a/b)=operatorname {arccosec} (c/a)=operatorname {arcsec}(c/b)=operatorname {arcctg} (b/a).}
Связь с натуральным логарифмом
Для вычисления значений обратных тригонометрических функций от комплексного аргумента удобно использовать формулы, выражающие их через натуральный логарифм:
- arcsinz=−iln(iz+1−z2)=π2−iln(z+z2−1),{displaystyle {begin{aligned}arcsin z&{}=-iln(iz+{sqrt {1-z^{2}}})={frac {pi }{2}}-iln(z+{sqrt {z^{2}-1}}),end{aligned}}}
- arccosz=π2+iln(iz+1−z2),{displaystyle {begin{aligned}arccos z&{}={dfrac {pi }{2}}+iln(iz+{sqrt {1-z^{2}}}),end{aligned}}}
- arctgz=i2(ln(1−iz)−ln(1+iz)),{displaystyle {begin{aligned}operatorname {arctg} ,z&{}={dfrac {i}{2}}(ln(1-iz)-ln(1+iz)),end{aligned}}}
- arcctgz=i2(ln(z−iz)−ln(z+iz)),{displaystyle {begin{aligned}operatorname {arcctg} ,z&{}={dfrac {i}{2}}left(ln left({dfrac {z-i}{z}}right)-ln left({dfrac {z+i}{z}}right)right),end{aligned}}}
- arcsecz=arccos(z−1)=π2+iln(1−1z2+iz),{displaystyle {begin{aligned}operatorname {arcsec} z&{}=arccos left(z^{-1}right)={dfrac {pi }{2}}+iln left({sqrt {1-{dfrac {1}{z^{2}}}}}+{dfrac {i}{z}}right),end{aligned}}}
- arccosecz=arcsin(z−1)=−iln(1−1z2+iz).{displaystyle {begin{aligned}operatorname {arccosec} ,z&{}=arcsin left(z^{-1}right)=-iln left({sqrt {1-{dfrac {1}{z^{2}}}}}+{dfrac {i}{z}}right).end{aligned}}}
Примечания
- ↑ Александрова Н. В. История математических терминов, понятий, обозначений: Словарь-справочник, изд. 3-е. — СПб.: ЛКИ, 2008. — С. 211. — ISBN 978-5-382-00839-4.
- ↑ Здесь знак −1 определяет функцию x = f−1 (y), обратную функции y = f (x)
- ↑ Энциклопедический словарь, 1985, с. 220.
- ↑ При значении x, близком к 1, эта расчётная формула даёт большую погрешность. Поэтому можно воспользоваться формулой arcsinx=arccos1−x2,{displaystyle arcsin x=arccos {sqrt {1-x^{2}}},} где arccosx=π2−arcsinx{displaystyle arccos x={pi over 2}-arcsin x}
Ссылки
- Weisstein, Eric W. Обратные тригонометрические функции (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
- Математическая энциклопедия / Гл. ред. И. М. Виноградов. — М.: «Советская Энциклопедия», 1982. — Т. 3. — с. 1135.
- Обратные тригонометрические функции — статья из Большой советской энциклопедии. — М.: «Советская Энциклопедия», 1974. — Т. 18. — с. 225.
- Обратные тригонометрические функции // Энциклопедический словарь юного математика / Савин А.П. — М.: Педагогика, 1985. — С. 220–221. — 352 с.
- Построение графиков обратных тригонометрических функций онлайн
- Онлайн калькулятор: обратные тригонометрические функции