Кол-во функций:

Как построить график синуса и косинуса

Графики тригонометрических функций y = sin x и y = cos x

Синус и косинус — две фундаментальные периодические функции, лежащие в основе тригонометрии, математического анализа и прикладных наук. Их графики — синусоида и косинусоида — представляют собой плавные волнообразные кривые, бесконечно повторяющиеся вдоль оси абсцисс. Ниже подробно разобраны все ключевые свойства обеих функций: область определения и значений, экстремумы, производные, первообразные, а также наглядные примеры с таблицами значений.

Функция y = sin x

Что представляет собой график синуса

График функции \( y = \sin x \) называется синусоидой. Это гладкая волнообразная кривая, которая колеблется между значениями \( -1 \) и \( 1 \) и повторяет свою форму через каждый период длиной \( 2\pi \). Кривая проходит через начало координат \( (0;\, 0) \), поднимается до максимума \( 1 \) в точке \( \left(\frac{\pi}{2};\, 1\right) \), возвращается к нулю в \( (\pi;\, 0) \), опускается до минимума \( -1 \) в точке \( \left(\frac{3\pi}{2};\, -1\right) \) и завершает полный цикл в \( (2\pi;\, 0) \).

Синусоида описывает огромное количество природных и технических процессов: колебания маятника, переменный электрический ток, звуковые и световые волны, приливы и отливы.

Значение каждой переменной (sin x)

\( x \) — аргумент (угол) Независимая переменная, измеряемая в радианах. Представляет собой угол поворота радиус-вектора на единичной окружности. Принимает любое действительное значение. \( y \) — значение функции Ордината точки на единичной окружности, соответствующей углу \( x \). Всегда находится в диапазоне от \( -1 \) до \( 1 \). \( 2\pi \) — период функции Наименьшее положительное число, через которое значения функции повторяются: \( \sin(x + 2\pi) = \sin x \) для любого \( x \).

Область определения (sin x)

Функция синус определена для всех действительных чисел без каких-либо ограничений:

\[ D(\sin x) = (-\infty;\, +\infty) = \mathbb{R} \]

Область значений (sin x)

Синус принимает значения исключительно в замкнутом отрезке от \( -1 \) до \( 1 \):

\[ E(\sin x) = [-1;\, 1] \]

Максимум и минимум (sin x)

  • Максимум: \( y_{\max} = 1 \). Достигается в точках \( x = \frac{\pi}{2} + 2\pi n \), где \( n \in \mathbb{Z} \).
  • Минимум: \( y_{\min} = -1 \). Достигается в точках \( x = -\frac{\pi}{2} + 2\pi n \), где \( n \in \mathbb{Z} \).

Экстремумы чередуются с интервалом \( \pi \): между каждым максимумом и ближайшим минимумом ровно половина периода.

Производная (sin x)

Производная синуса равна косинусу:

\[ (\sin x)’ = \cos x \]

Это означает, что скорость изменения синуса в каждой точке описывается функцией косинуса. В точках максимума синуса (\( \cos x = 0 \)) скорость изменения равна нулю — кривая на мгновение «останавливается» перед сменой направления.

Первообразная (sin x)

Неопределённый интеграл от синуса:

\[ \int \sin x\, dx = -\cos x + C \]

Здесь \( C \) — произвольная постоянная интегрирования.

Пример: y = sin x, таблица значений

Ниже приведены значения функции \( y = \sin x \) в характерных точках одного полного периода — от \( 0 \) до \( 2\pi \):

xЗначение аргументаy = sin x
\( 0 \)\( 0 \)\( 0 \)
\( \frac{\pi}{6} \)\( 30° \)\( 0{,}5 \)
\( \frac{\pi}{4} \)\( 45° \)\( \frac{\sqrt{2}}{2} \approx 0{,}707 \)
\( \frac{\pi}{3} \)\( 60° \)\( \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0{,}866 \)
\( \frac{\pi}{2} \)\( 90° \)\( 1 \)
\( \pi \)\( 180° \)\( 0 \)
\( \frac{3\pi}{2} \)\( 270° \)\( -1 \)
\( 2\pi \)\( 360° \)\( 0 \)

Для построения графика достаточно отметить эти точки на координатной плоскости и соединить их плавной кривой. Далее волна повторяется влево и вправо с периодом \( 2\pi \).

Функция y = cos x

Что представляет собой график косинуса

График функции \( y = \cos x \) называется косинусоидой. По форме она полностью идентична синусоиде, но сдвинута влево на \( \frac{\pi}{2} \):

\[ \cos x = \sin\!\left(x + \frac{\pi}{2}\right) \]

Кривая начинается в точке \( (0;\, 1) \) — то есть при \( x = 0 \) функция сразу принимает максимальное значение. Затем она опускается до нуля в \( \left(\frac{\pi}{2};\, 0\right) \), достигает минимума \( -1 \) в \( (\pi;\, -1) \), возвращается к нулю в \( \left(\frac{3\pi}{2};\, 0\right) \) и завершает период в \( (2\pi;\, 1) \).

Косинусоида так же широко применяется в описании колебательных процессов. Выбор между синусом и косинусом зависит от начальной фазы рассматриваемого явления.

Значение каждой переменной (cos x)

\( x \) — аргумент (угол) Независимая переменная в радианах. Представляет угол поворота радиус-вектора на единичной окружности. Принимает любое действительное значение. \( y \) — значение функции Абсцисса точки на единичной окружности, соответствующей углу \( x \). Всегда находится в диапазоне от \( -1 \) до \( 1 \). \( 2\pi \) — период функции Наименьшее положительное число, через которое значения повторяются: \( \cos(x + 2\pi) = \cos x \) для любого \( x \).

Область определения (cos x)

Как и синус, косинус определён для всех действительных чисел:

\[ D(\cos x) = (-\infty;\, +\infty) = \mathbb{R} \]

Область значений (cos x)

Косинус, как и синус, принимает значения в замкнутом отрезке:

\[ E(\cos x) = [-1;\, 1] \]

Максимум и минимум (cos x)

  • Максимум: \( y_{\max} = 1 \). Достигается в точках \( x = 2\pi n \), где \( n \in \mathbb{Z} \).
  • Минимум: \( y_{\min} = -1 \). Достигается в точках \( x = \pi + 2\pi n \), где \( n \in \mathbb{Z} \).

Расстояние между соседними максимумом и минимумом равно \( \pi \) — половине периода.

Производная (cos x)

Производная косинуса равна синусу с противоположным знаком:

\[ (\cos x)’ = -\sin x \]

В точках максимума косинуса значение \( -\sin x = 0 \), что соответствует нулевой скорости изменения — кривая плавно меняет направление.

Первообразная (cos x)

Неопределённый интеграл от косинуса:

\[ \int \cos x\, dx = \sin x + C \]

Здесь \( C \) — произвольная постоянная интегрирования.

Пример: y = cos x, таблица значений

Значения функции \( y = \cos x \) в характерных точках одного полного периода — от \( 0 \) до \( 2\pi \):

xЗначение аргументаy = cos x
\( 0 \)\( 0° \)\( 1 \)
\( \frac{\pi}{6} \)\( 30° \)\( \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0{,}866 \)
\( \frac{\pi}{4} \)\( 45° \)\( \frac{\sqrt{2}}{2} \approx 0{,}707 \)
\( \frac{\pi}{3} \)\( 60° \)\( 0{,}5 \)
\( \frac{\pi}{2} \)\( 90° \)\( 0 \)
\( \pi \)\( 180° \)\( -1 \)
\( \frac{3\pi}{2} \)\( 270° \)\( 0 \)
\( 2\pi \)\( 360° \)\( 1 \)

Построение аналогично синусоиде: отмечаем точки, соединяем плавной кривой и продолжаем волну в обе стороны с периодом \( 2\pi \).

Сравнение свойств sin x и cos x

Обе функции тесно связаны между собой. Ниже собраны их основные характеристики для быстрого сопоставления:

Свойствоsin xcos x
Область определения\( \mathbb{R} \)\( \mathbb{R} \)
Область значений\( [-1;\, 1] \)\( [-1;\, 1] \)
Период\( 2\pi \)\( 2\pi \)
ЧётностьНечётная: \( \sin(-x) = -\sin x \)Чётная: \( \cos(-x) = \cos x \)
Значение при x = 0\( 0 \)\( 1 \)
Максимум\( 1 \) при \( x = \frac{\pi}{2} + 2\pi n \)\( 1 \) при \( x = 2\pi n \)
Минимум\( -1 \) при \( x = -\frac{\pi}{2} + 2\pi n \)\( -1 \) при \( x = \pi + 2\pi n \)
Производная\( \cos x \)\( -\sin x \)
Первообразная\( -\cos x + C \)\( \sin x + C \)

Ключевое различие — сдвиг по фазе: косинусоида опережает синусоиду на \( \frac{\pi}{2} \). Все остальные числовые характеристики (период, амплитуда, область значений) совпадают.