知识点

反三角函数

定义

反三角函数取主值分支,定义域和值域如下:

函数定义域值域
arcsin⁡x\arcsin x[−1,1][-1,1][−π2,π2]\left[-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right]
arccos⁡x\arccos x[−1,1][-1,1][0,π][0,\pi]
arctan⁡x\arctan x(−∞,+∞)(-\infty,+\infty)(−π2,π2)\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)
arccot⁡x\operatorname{arccot} x(−∞,+∞)(-\infty,+\infty)(0,π)(0,\pi)

同一主值分支下,

arcsin⁡x+arccos⁡x=π2(∣x∣≤1),arctan⁡x+arccot⁡x=π2.\arcsin x+\arccos x=\frac{\pi}{2}\quad(\lvert x\rvert\le 1),\qquad \arctan x+\operatorname{arccot} x=\frac{\pi}{2}.

反三角函数回答的是“哪个主值区间内的角,其正弦、余弦或正切等于给定值”。同一个三角函数值通常对应无穷多个角,主值分支只取其中一段连续区间,保证反函数单值。

性质

  • arcsin⁡x\arcsin x 的值域是 [−π2,π2]\left[-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right],在端点处取到 ±π2\pm\dfrac{\pi}{2}。
  • arccos⁡x\arccos x 的值域是 [0,π][0,\pi],因此 arccos⁡x\arccos x 非负;arccos⁡(−x)=π−arccos⁡x\arccos(-x)=\pi-\arccos x。
  • arctan⁡x\arctan x 的值域是 (−π2,π2)\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right),arctan⁡(−x)=−arctan⁡x\arctan(-x)=-\arctan x。
  • 反三角函数与三角函数复合时,只有角落在主值区间内才能直接消去;否则要先用诱导公式把角化到主值区间。

例子

反三角函数求值

arctan⁡1+arcsin⁡12=π4+π6=5π12.\arctan 1+\arcsin\frac{1}{2}=\frac{\pi}{4}+\frac{\pi}{6}=\frac{5\pi}{12}.

先化到主值区间

arccos⁡(cos⁡5π3)=arccos⁡12=π3.\arccos\left(\cos\frac{5\pi}{3}\right) =\arccos\frac{1}{2} =\frac{\pi}{3}.

这里 5π3\dfrac{5\pi}{3} 不在 arccos⁡\arccos 的主值区间 [0,π][0,\pi] 内,所以不能直接写成 5π3\dfrac{5\pi}{3}。

题集

练习

  1. arcsin⁡12=\arcsin\dfrac{1}{2}=

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    arcsin⁡\arcsin 的主值区间是 [−π2,π2]\left[-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right],其中正弦为 12\dfrac{1}{2} 的角是 π6\dfrac{\pi}{6}。

  2. arccos⁡x\arccos x 的值域是:

    选择答案
    参考解答

    反余弦取主值分支 [0,π][0,\pi],所以它的值不会是负角。

交互探索

为什么arcsin只取一个角?

在单位圆上比较满足同一个正弦值的两个角,并观察主值分支的选择。

正在准备演示…