Как построить график арксеканса и арккосеканса онлайн
Арксеканс и арккосеканс — графики, свойства и формулы функций arcsec(x) и arccsc(x)
Арксеканс (обозначается arcsec(x)) и арккосеканс (обозначается arccsc(x)) — это обратные тригонометрические функции, определённые как обратные к секансу и косекансу соответственно. Они возвращают угол, секанс или косеканс которого равен заданному значению. Основные формулы связи:
$$\text{arcsec}(x) = \arccos\!\left(\frac{1}{x}\right), \quad |x| \geq 1$$
$$\text{arccsc}(x) = \arcsin\!\left(\frac{1}{x}\right), \quad |x| \geq 1$$
Графики этих функций представляют собой кривые, определённые только при значениях аргумента, по модулю не меньших единицы. Обе функции являются монотонными на каждом из двух интервалов своей области определения и имеют горизонтальные асимптоты, к которым приближаются при стремлении аргумента к бесконечности.
Арксеканс — функция arcsec(x)
Арксеканс — это функция, обратная к секансу, ограниченному на промежутке, где он обратим. Для каждого допустимого значения аргумента она возвращает единственный угол из выбранной главной ветви.
Значение переменных в формуле arcsec(x)
$$y = \text{arcsec}(x)$$
| Переменная | Описание |
|---|---|
| x | Аргумент функции — действительное число, удовлетворяющее условию |x| ≥ 1. Это значение секанса некоторого угла. |
| y | Значение функции — угол (в радианах), секанс которого равен x. Принадлежит промежутку [0, π], за исключением точки π/2. |
Область определения арксеканса
Функция arcsec(x) определена только для тех значений x, которые может принимать секанс, то есть значений, по модулю не меньших единицы:
$$D(\text{arcsec}) = (-\infty,\;-1\,] \;\cup\; [\,1,\;+\infty)$$
Область значений арксеканса
Значения функции лежат в промежутке от 0 до π, исключая точку π/2, в которой секанс не определён:
$$E(\text{arcsec}) = \left[0,\;\frac{\pi}{2}\right) \;\cup\; \left(\frac{\pi}{2},\;\pi\right]$$
Максимум и минимум арксеканса
Арксеканс не имеет локальных экстремумов в классическом смысле, поскольку функция монотонна на каждом из двух интервалов области определения. Однако существуют граничные значения и асимптотические пределы:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Глобальный минимум | arcsec(1) = 0 |
| Глобальный максимум | arcsec(−1) = π |
| Предел при x → +∞ | π/2 (снизу) |
| Предел при x → −∞ | π/2 (сверху) |
$$\lim_{x \to +\infty} \text{arcsec}(x) = \frac{\pi}{2}, \qquad \lim_{x \to -\infty} \text{arcsec}(x) = \frac{\pi}{2}$$
Производная арксеканса
Производная функции arcsec(x) выражается следующей формулой:
$$\frac{d}{dx}\,\text{arcsec}(x) = \frac{1}{|x|\,\sqrt{x^2 – 1}}, \quad |x| > 1$$
Производная всегда положительна, что подтверждает монотонное возрастание функции на каждом из интервалов области определения. В точках x = ±1 производная не существует (вертикальные касательные).
Первообразная (интеграл) арксеканса
Неопределённый интеграл от arcsec(x) вычисляется интегрированием по частям:
$$\int \text{arcsec}(x)\,dx = x\,\text{arcsec}(x) – \text{sign}(x)\,\ln\!\left|x + \sqrt{x^2 – 1}\right| + C$$
Здесь sign(x) — знак числа x, а C — произвольная постоянная интегрирования. Эквивалентная запись через обратный гиперболический косинус:
$$\int \text{arcsec}(x)\,dx = x\,\text{arcsec}(x) – \text{arcosh}(|x|) + C$$
Таблица значений арксеканса
Ниже приведены характерные значения функции arcsec(x), позволяющие построить график и понять поведение функции:
| x | arcsec(x) | Приближённое значение (рад) | Значение в градусах |
|---|---|---|---|
| −2 | 2π/3 | ≈ 2.094 | 120° |
| −√2 | 3π/4 | ≈ 2.356 | 135° |
| −1 | π | ≈ 3.142 | 180° |
| 1 | 0 | 0 | 0° |
| √2 | π/4 | ≈ 0.785 | 45° |
| 2 | π/3 | ≈ 1.047 | 60° |
| 2/√3 | π/6 | ≈ 0.524 | 30° |
Арккосеканс — функция arccsc(x)
Арккосеканс — это функция, обратная к косекансу, ограниченному на промежутке, обеспечивающем обратимость. Для каждого допустимого аргумента она возвращает единственный угол из главной ветви.
Значение переменных в формуле arccsc(x)
$$y = \text{arccsc}(x)$$
| Переменная | Описание |
|---|---|
| x | Аргумент функции — действительное число, удовлетворяющее условию |x| ≥ 1. Это значение косеканса некоторого угла. |
| y | Значение функции — угол (в радианах), косеканс которого равен x. Принадлежит промежутку [−π/2, π/2], за исключением нуля. |
Область определения арккосеканса
Функция arccsc(x) определена для тех же значений, что и арксеканс — для чисел, по модулю не меньших единицы:
$$D(\text{arccsc}) = (-\infty,\;-1\,] \;\cup\; [\,1,\;+\infty)$$
Область значений арккосеканса
Значения функции лежат в промежутке от −π/2 до π/2, исключая нуль, в котором косеканс не определён:
$$E(\text{arccsc}) = \left[-\frac{\pi}{2},\;0\right) \;\cup\; \left(0,\;\frac{\pi}{2}\right]$$
Максимум и минимум арккосеканса
Арккосеканс монотонно убывает на каждом из двух интервалов области определения. Граничные и предельные значения:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Глобальный максимум | arccsc(1) = π/2 |
| Глобальный минимум | arccsc(−1) = −π/2 |
| Предел при x → +∞ | 0 (сверху) |
| Предел при x → −∞ | 0 (снизу) |
$$\lim_{x \to +\infty} \text{arccsc}(x) = 0, \qquad \lim_{x \to -\infty} \text{arccsc}(x) = 0$$
Производная арккосеканса
Производная функции arccsc(x) имеет вид:
$$\frac{d}{dx}\,\text{arccsc}(x) = -\frac{1}{|x|\,\sqrt{x^2 – 1}}, \quad |x| > 1$$
Производная всегда отрицательна, что подтверждает монотонное убывание функции. Обратите внимание: производные арксеканса и арккосеканса отличаются только знаком, что напрямую следует из тождества:
$$\text{arcsec}(x) + \text{arccsc}(x) = \frac{\pi}{2}, \quad |x| \geq 1$$
Первообразная (интеграл) арккосеканса
Неопределённый интеграл от arccsc(x):
$$\int \text{arccsc}(x)\,dx = x\,\text{arccsc}(x) + \text{sign}(x)\,\ln\!\left|x + \sqrt{x^2 – 1}\right| + C$$
Или в эквивалентной записи:
$$\int \text{arccsc}(x)\,dx = x\,\text{arccsc}(x) + \text{arcosh}(|x|) + C$$
Таблица значений арккосеканса
Характерные значения функции arccsc(x) для построения графика и анализа поведения:
| x | arccsc(x) | Приближённое значение (рад) | Значение в градусах |
|---|---|---|---|
| −2 | −π/6 | ≈ −0.524 | −30° |
| −√2 | −π/4 | ≈ −0.785 | −45° |
| −1 | −π/2 | ≈ −1.571 | −90° |
| 1 | π/2 | ≈ 1.571 | 90° |
| √2 | π/4 | ≈ 0.785 | 45° |
| 2 | π/6 | ≈ 0.524 | 30° |
| 2/√3 | π/3 | ≈ 1.047 | 60° |
Связь между арксекансом и арккосекансом
Эти две функции тесно связаны между собой и с другими обратными тригонометрическими функциями. Ключевые тождества:
$$\text{arcsec}(x) + \text{arccsc}(x) = \frac{\pi}{2}, \quad |x| \geq 1$$
$$\text{arcsec}(x) = \arccos\!\left(\frac{1}{x}\right)$$
$$\text{arccsc}(x) = \arcsin\!\left(\frac{1}{x}\right)$$
Эти соотношения позволяют вычислять значения арксеканса и арккосеканса через стандартные функции arccos и arcsin, которые реализованы в большинстве калькуляторов и языков программирования.
Сводная таблица свойств
Для удобства сравнения — основные свойства обеих функций в одной таблице:
| Свойство | arcsec(x) | arccsc(x) |
|---|---|---|
| Область определения | (−∞, −1] ∪ [1, +∞) | (−∞, −1] ∪ [1, +∞) |
| Область значений | [0, π/2) ∪ (π/2, π] | [−π/2, 0) ∪ (0, π/2] |
| Монотонность | Возрастает | Убывает |
| Чётность | Ни чётная, ни нечётная | Нечётная: arccsc(−x) = −arccsc(x) |
| Горизонтальная асимптота | y = π/2 | y = 0 |
| Производная | 1 / (|x| · √(x² − 1)) | −1 / (|x| · √(x² − 1)) |
| Связь с arccos/arcsin | arccos(1/x) | arcsin(1/x) |