Тригонометрия · П4

Графики тригонометрических функций

Синус, косинус, тангенс и котангенс — у каждого свой характер. Здесь мы читаем его по форме волны, а не по таблице.

10–11 класс·ЕГЭ профиль
Графики · П4

y = sin x

x y −3π 2 −π −π 2 π 2 π 3π 2 1 −1
Свойства
  • Период T = 2π
  • Область знач. [−1, 1]
  • Нули: x = πn, n ∈ ℤ
  • Максимум 1 при x = π2 + 2πn
  • Минимум −1 при x = −π2 + 2πn
  • Нечётная: sin(−x) = −sin x
Замечательные значения
sin 0 = 0  ·  sin π6 = 12
sin π4 = √22  ·  sin π3 = √32
sin π2 = 1  ·  sin π = 0
Графики · П4

y = cos x

x y −3π 2 −π −π 2 π 2 π 3π 2 1 −1
Свойства
  • Период T = 2π
  • Область знач. [−1, 1]
  • Нули: x = π2 + πn, n ∈ ℤ
  • Максимум 1 при x = 2πn
  • Минимум −1 при x = π + 2πn
  • Чётная: cos(−x) = cos x
Связь с синусом

График косинуса — это сдвиг синуса на π2 влево:

cos x = sin(x + π2)

Поэтому форма волны одинакова — только начальная фаза разная.

Графики · П4

y = tg x

x y −π 0 π −π 2 π 2 1 −1
Свойства
  • Период T = π
  • Обл. определения: x ≠ π2 + πn
  • Область значений: (−∞, +∞)
  • Нули: x = πn, n ∈ ℤ
  • Вертикальные асимптоты: x = π2 + πn
  • Нечётная: tg(−x) = −tg x
Определение через sin и cos
tg x = sin xcos x

При cos x = 0 функция не определена — отсюда асимптоты.

Графики · П4

y = ctg x

x y −π 2 π 2 −π 0 π 1 −1
Свойства
  • Период T = π
  • Обл. определения: x ≠ πn
  • Область значений: (−∞, +∞)
  • Нули: x = π2 + πn
  • Вертикальные асимптоты: x = πn
  • Нечётная: ctg(−x) = −ctg x
Отличие от тангенса

Котангенс убывает на каждом периоде (тангенс — возрастает). Асимптоты в нулях, а не в π2 + πn.

ctg x = cos xsin x = 1tg x
Графики · П4

Параметры: y = A · sin(ωx + φ) + b

Каждый параметр отвечает за один вид преобразования графика. Распознать их — значит читать формулу как чертёж.

A — амплитуда

Полуразмах колебания. График растягивается по вертикали.

|A| — высота волны
Знак меняет фазу на π
y = 2sin x → волна
вдвое выше
ω — частота

Число периодов на 2π. График сжимается по горизонтали.

T = 2π|ω| — период
y = sin(2x) → T = π,
вдвое быстрее
φ — фаза

Начальный сдвиг аргумента. График смещается по горизонтали.

сдвиг = −φω по оси x
sin(x + π2) = cos x
сдвиг влево на π2
b — смещение

Постоянная добавка. График смещается по вертикали.

ось симметрии: y = b
y = sin x + 1 → ось
симметрии y = 1
Алгоритм построения

Находим A → вычисляем T = 2πω → отмечаем начальную фазу −φω → сдвигаем на b.

Графики · П4

Примеры преобразований

Амплитуда: y = 2 sin x
−π 2 π 2 2 −2 1 1
A = 2 → волна вдвое выше. Период не меняется: T = 2π.
Период: y = sin(2x)
π 4 3π 4 1 −1
ω = 2 → T = 2π2 = π. Два полных периода на том же отрезке.
Сдвиг: y = sin(x + π2)
−π 2 π 2 1 −1
φ = π2 → сдвиг влево на π2. Результат = cos x.

Штриховые линии — y = sin x для сравнения. Сплошные — преобразованная функция.

Графики · П4

Четыре функции — сводная таблица

Свойство sin x cos x tg x ctg x
Период T 2π2πππ
Обл. определения ℝℝ x ≠ π2+πn x ≠ πn
Обл. значений [−1, 1][−1, 1](−∞, +∞)(−∞, +∞)
Нули πn π2+πn πn π2+πn
Чётность нечётнаячётнаянечётнаянечётная
Монотонность [−π2, π2] ↑ [0, π] ↓ (−π2, π2) ↑ (0, π) ↓
Асимптоты ——x = π2+πnx = πn
Чётность — как запомнить

Cos — единственная чётная из четырёх. Остальные нечётные. Графически: cos симметричен относительно оси y, остальные — относительно начала координат.

Период π vs 2π

Тангенс и котангенс имеют вдвое меньший период. Смена знака происходит чаще: в каждой полуоси вместо каждой оси.

Графики · П4

Проверь себя

Нажми на карточку, чтобы увидеть ответ.
01 / Период
Чему равен период y = sin(3x)?
T = 2π3
T = 2π|ω| = 2π3
02 / Нули
Где нули y = cos x на [0, 2π]?
x = π2 и x = 3π2
нули cos: π2 + πn
03 / Амплитуда
Амплитуда y = −4 sin(x/2)?
A = 4
|A| = |−4| = 4; знак меняет ориентацию, не высоту
04 / Область значений
Область значений y = tg x?
(−∞, +∞) — все вещественные
tg неограничен; sin и cos ограничены [−1,1]
Гордеев С.В. · gordeev-math.ru П4 · Графики
Разбор · 01 / 04

Период y = sin(3x)

Условие

Найти период функции y = sin(3x).

Шаг 1 — формула периода

Для функции вида y = A·sin(ωx) период равен:

T = 2π|ω|

Параметр ω показывает, сколько полных периодов умещается на отрезке [0, 2π].

Шаг 2 — определяем ω

Сравниваем с шаблоном:

y = sin(3x)  ⟹  ω = 3
Шаг 3 — вычисляем T
T = 2π3
Геометрический смысл

Обычный sin x делает один полный оборот за 2π. При ω = 3 аргумент «бежит» в 3 раза быстрее — функция успевает сделать три полных периода там, где одна делала один.

СРАВНЕНИЕ: sin x vs sin(3x)
−π π 1 −1 T = 2π/3
Ответ
T = 2π3
Разбор · 02 / 04

Нули y = cos x на [0, 2π]

Условие

Найти все нули y = cos x на отрезке [0, 2π].

Шаг 1 — общая формула нулей

cos x = 0 при

x = π2 + πn,   n ∈ ℤ

Это все точки, где косинус пересекает ось x.

Шаг 2 — перебираем n
n = 0:   x = π2    ✓ ∈ [0, 2π]
n = 1:   x = π2 + π = 3π2    ✓ ∈ [0, 2π]
n = 2:   x = π2 + 2π = 5π2    ✗ > 2π
n = −1: x = π2 − π = −π2    ✗ < 0
Ответ
x = π2   и   x = 3π2
y = cos x НА [0, 2π]
π 2 π 3π 2 2π 1 −1
Визуальная проверка

На графике y = cos x видно: функция пересекает ось x ровно в двух точках отрезка [0, 2π] — при x = π2 и x = 3π2. Закрашенные точки — нули, пустые — значения ±1.

Разбор · 03 / 04

Амплитуда y = −4 sin(x2)

Условие

Найти амплитуду y = −4 sin(x2).

Шаг 1 — выделяем параметры

Приводим к форме y = A·sin(ωx):

y = −4 · sin(12x)

Значит: A = −4,   ω = 12

Шаг 2 — амплитуда

Амплитуда — это полуразмах, всегда ≥ 0:

|A| = |−4| = 4
Что делает знак «−»?

Отрицательный A отражает график относительно оси x — максимумы становятся минимумами, и наоборот. Высота волны не меняется.

sin(x/2) vs −4·sin(x/2)
4 −4 1 −1 0 2π −π π
Бонус: период

Раз ω = 12, то период вдвое больше обычного:

T = 2π12 = 4π
Ответ
A = 4  (T = 4π)
Разбор · 04 / 04

Область значений y = tg x

Условие

Найти область значений y = tg x.

Шаг 1 — определение через дробь
tg x = sin xcos x

Числитель ограничен: |sin x| ≤ 1. Знаменатель обращается в ноль — вот где скрыта неограниченность.

Шаг 2 — поведение у асимптоты
x → π2⁻  ⟹  cos x → 0⁺  ⟹  tg x → +∞
x → π2⁺  ⟹  cos x → 0⁻  ⟹  tg x → −∞
Шаг 3 — непрерывность на периоде

На каждом интервале (−π2 + πn, π2 + πn) функция непрерывна и монотонно возрастает от −∞ до +∞. По теореме о промежуточном значении принимает любое вещественное число.

Ответ
E(tg x) = (−∞, +∞) = ℝ
СРАВНЕНИЕ: sin x, cos x, tg x
1 −1 −π 2 π 2 ℝ
Сравни с sin и cos
E(sin x) = [−1, 1] — ограничена
E(cos x) = [−1, 1] — ограничена
E(tg x) = (−∞, +∞) — вся прямая
E(ctg x) = (−∞, +∞) — вся прямая
Тренажёр · Графики

Практика — проверь себя

Нажмите кнопку — получите 5 заданий