Кол-во функций:

Как построить график арксинуса и арккосинуса

Функция арксинуса и арккосинуса — arcsin(x) и arccos(x)

Арксинус и арккосинус — это обратные тригонометрические функции, которые позволяют найти угол по известному значению синуса или косинуса соответственно. Они являются основными инструментами при решении тригонометрических уравнений, задач навигации, обработки сигналов и компьютерной графики.

Общая формула арксинуса: $$y = \arcsin(x)$$

что означает: если \(\sin(y) = x\), то \(y = \arcsin(x)\).

Общая формула арккосинуса: $$y = \arccos(x)$$

что означает: если \(\cos(y) = x\), то \(y = \arccos(x)\).

Графики этих функций представляют собой кривые, определённые на отрезке \([-1;\;1]\). График арксинуса — возрастающая кривая, проходящая через начало координат, а график арккосинуса — убывающая кривая, проходящая через точку \((0;\;\pi/2)\). Обе функции связаны замечательным тождеством: $$\arcsin(x) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2}$$

Значение переменных в формулах arcsin(x) и arccos(x)

Для функции арксинуса

ПеременнаяОписаниеДопустимые значения
\(x\)Аргумент функции — значение синуса угла\(-1 \leqslant x \leqslant 1\)
\(y\)Значение функции — угол в радианах, синус которого равен \(x\)\(-\pi/2 \leqslant y \leqslant \pi/2\)

Для функции арккосинуса

ПеременнаяОписаниеДопустимые значения
\(x\)Аргумент функции — значение косинуса угла\(-1 \leqslant x \leqslant 1\)
\(y\)Значение функции — угол в радианах, косинус которого равен \(x\)\(0 \leqslant y \leqslant \pi\)

Область определения arcsin(x) и arccos(x)

Обе функции определены только для тех значений аргумента, которые может принимать синус или косинус, то есть на отрезке от −1 до 1 включительно.

Область определения арксинуса

$$D\bigl(\arcsin(x)\bigr) = [-1;\;1]$$

Область определения арккосинуса

$$D\bigl(\arccos(x)\bigr) = [-1;\;1]$$

При подстановке значений \(|x| > 1\) функции не определены в области действительных чисел.

Область значений arcsin(x) и arccos(x)

Области значений этих функций различаются, поскольку каждая из них возвращает угол из своего главного диапазона.

Область значений арксинуса

$$E\bigl(\arcsin(x)\bigr) = \left[-\frac{\pi}{2};\;\frac{\pi}{2}\right]$$

Область значений арккосинуса

$$E\bigl(\arccos(x)\bigr) = [0;\;\pi]$$

ФункцияОбласть определенияОбласть значений
arcsin(x)\([-1;\;1]\)\([-\pi/2;\;\pi/2]\)
arccos(x)\([-1;\;1]\)\([0;\;\pi]\)

Максимум и минимум функций arcsin(x) и arccos(x)

Поскольку арксинус — строго возрастающая функция, а арккосинус — строго убывающая, их экстремумы достигаются на концах области определения.

Экстремумы арксинуса

ТипТочкаЗначение
Минимум\(x = -1\)\(\arcsin(-1) = -\pi/2\)
Максимум\(x = 1\)\(\arcsin(1) = \pi/2\)

Экстремумы арккосинуса

ТипТочкаЗначение
Минимум\(x = 1\)\(\arccos(1) = 0\)
Максимум\(x = -1\)\(\arccos(-1) = \pi\)

Производная функций arcsin(x) и arccos(x)

Производные обратных тригонометрических функций содержат выражение с квадратным корнем и определены на открытом интервале \((-1;\;1)\), поскольку на концах отрезка знаменатель обращается в ноль.

Производная арксинуса

$$\frac{d}{dx}\,\arcsin(x) = \frac{1}{\sqrt{1 – x^2}}, \quad x \in (-1;\;1)$$

Производная арккосинуса

$$\frac{d}{dx}\,\arccos(x) = -\frac{1}{\sqrt{1 – x^2}}, \quad x \in (-1;\;1)$$

Обратите внимание: производные отличаются только знаком. Это прямое следствие тождества \(\arcsin(x) + \arccos(x) = \pi/2\), при дифференцировании которого константа обращается в ноль.

Первообразная (интеграл) функций arcsin(x) и arccos(x)

Неопределённые интегралы от арксинуса и арккосинуса вычисляются методом интегрирования по частям.

Первообразная арксинуса

$$\int \arcsin(x)\,dx = x\,\arcsin(x) + \sqrt{1 – x^2} + C$$

Первообразная арккосинуса

$$\int \arccos(x)\,dx = x\,\arccos(x) – \sqrt{1 – x^2} + C$$

Здесь \(C\) — произвольная постоянная интегрирования.

ФункцияПроизводнаяПервообразная
arcsin(x)\(1 / \sqrt{1 – x^2}\)\(x\,\arcsin(x) + \sqrt{1 – x^2} + C\)
arccos(x)\(-1 / \sqrt{1 – x^2}\)\(x\,\arccos(x) – \sqrt{1 – x^2} + C\)

Типичный пример — таблица значений arcsin(x) и arccos(x)

Рассмотрим конкретные значения функций в характерных точках. Углы приведены в радианах и градусах для наглядности.

Таблица значений арксинуса

xarcsin(x), радarcsin(x), град
−1\(-\pi/2\)−90°
\(-\sqrt{3}/2\)\(-\pi/3\)−60°
\(-\sqrt{2}/2\)\(-\pi/4\)−45°
−1/2\(-\pi/6\)−30°
00
1/2\(\pi/6\)30°
\(\sqrt{2}/2\)\(\pi/4\)45°
\(\sqrt{3}/2\)\(\pi/3\)60°
1\(\pi/2\)90°

Таблица значений арккосинуса

xarccos(x), радarccos(x), град
−1\(\pi\)180°
\(-\sqrt{3}/2\)\(5\pi/6\)150°
\(-\sqrt{2}/2\)\(3\pi/4\)135°
−1/2\(2\pi/3\)120°
0\(\pi/2\)90°
1/2\(\pi/3\)60°
\(\sqrt{2}/2\)\(\pi/4\)45°
\(\sqrt{3}/2\)\(\pi/6\)30°
10

Пример вычисления

Задача: Найти значение выражения \(\arcsin(1/2) + \arccos(1/2)\).

Решение:

По таблице находим: $$\arcsin\!\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{\pi}{6}$$ $$\arccos\!\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{\pi}{3}$$

Складываем: $$\frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{6} + \frac{2\pi}{6} = \frac{3\pi}{6} = \frac{\pi}{2}$$

Результат подтверждает основное тождество: \(\arcsin(x) + \arccos(x) = \pi/2\) для любого \(x \in [-1;\;1]\).