Как построить график тангенса и котангенса
Тангенс: график, свойства и формулы функции y = tg(x)
Тангенс — одна из основных тригонометрических функций, равная отношению синуса угла к его косинусу. Общая формула:
$$y = \tan(x) = \frac{\sin(x)}{\cos(x)}$$
График тангенса состоит из бесконечного числа одинаковых ветвей, разделённых вертикальными асимптотами. Каждая ветвь монотонно возрастает, проходя все значения от \(-\infty\) до \(+\infty\). Функция нечётная, периодическая с наименьшим положительным периодом \(\pi\). Тангенс применяется в геодезии, навигации, физике волновых процессов и инженерных расчётах.
Значение переменных в формуле y = tg(x)
| Переменная | Описание |
|---|---|
| x | Аргумент функции — угол в радианах. Допустимы все значения, кроме x = π/2 + πn, где n — любое целое число. |
| y | Значение тангенса в точке x. Принимает любые действительные значения от −∞ до +∞. |
| n | Целое число (n ∈ ℤ), задающее номер периода и положение асимптот. |
Область определения тангенса
Тангенс определён всюду, где косинус не обращается в ноль. Точки разрыва образуют бесконечную последовательность вертикальных асимптот:
$$D(y) = \left\{ x \in \mathbb{R} \ \middle| \ x \neq \frac{\pi}{2} + \pi n, \; n \in \mathbb{Z} \right\}$$
То есть тангенс не определён при \(x = \pm\frac{\pi}{2},\; \pm\frac{3\pi}{2},\; \pm\frac{5\pi}{2},\;\ldots\)
Область значений тангенса
На каждом интервале непрерывности тангенс пробегает все действительные числа:
$$E(y) = (-\infty;\;+\infty) = \mathbb{R}$$
Максимум и минимум функции тангенс
Тангенс не имеет ни глобального, ни локального максимума или минимума. На каждом интервале \(\left(-\frac{\pi}{2} + \pi n;\; \frac{\pi}{2} + \pi n\right)\) функция строго монотонно возрастает:
$$\lim_{x \to \left(\frac{\pi}{2} + \pi n\right)^{-}} \tan(x) = +\infty, \qquad \lim_{x \to \left(-\frac{\pi}{2} + \pi n\right)^{+}} \tan(x) = -\infty$$
Производная тангенса
Производная тангенса всегда положительна на области определения, что подтверждает монотонное возрастание:
$$\left(\tan(x)\right)’ = \frac{1}{\cos^{2}(x)} = \sec^{2}(x) = 1 + \tan^{2}(x)$$
Первообразная (интеграл) тангенса
Неопределённый интеграл от тангенса:
$$\int \tan(x)\,dx = -\ln\!\left|\cos(x)\right| + C = \ln\!\left|\sec(x)\right| + C$$
Здесь C — произвольная постоянная интегрирования.
Таблица значений функции y = tg(x)
Значения тангенса в ключевых точках на промежутке от −π до π. Символ «—» означает, что функция не определена (вертикальная асимптота).
| x | Значение x (рад.) | tg(x) |
|---|---|---|
| −π | ≈ −3.14 | 0 |
| −3π/4 | ≈ −2.36 | 1 |
| −π/2 | ≈ −1.57 | — (асимптота) |
| −π/3 | ≈ −1.05 | −√3 ≈ −1.732 |
| −π/4 | ≈ −0.79 | −1 |
| −π/6 | ≈ −0.52 | −1/√3 ≈ −0.577 |
| 0 | 0 | 0 |
| π/6 | ≈ 0.52 | 1/√3 ≈ 0.577 |
| π/4 | ≈ 0.79 | 1 |
| π/3 | ≈ 1.05 | √3 ≈ 1.732 |
| π/2 | ≈ 1.57 | — (асимптота) |
| 3π/4 | ≈ 2.36 | −1 |
| π | ≈ 3.14 | 0 |
Котангенс: график, свойства и формулы функции y = ctg(x)
Котангенс — тригонометрическая функция, обратная тангенсу по определению (не путать с обратной функцией арктангенсом). Она равна отношению косинуса к синусу. Общая формула:
$$y = \cot(x) = \frac{\cos(x)}{\sin(x)} = \frac{1}{\tan(x)}$$
График котангенса, как и тангенса, состоит из бесконечного числа ветвей, разделённых вертикальными асимптотами. Однако в отличие от тангенса каждая ветвь монотонно убывает. Функция нечётная, периодическая с периодом \(\pi\). Котангенс встречается в задачах тригонометрии, теоретической механике и теории цепей.
Значение переменных в формуле y = ctg(x)
| Переменная | Описание |
|---|---|
| x | Аргумент функции — угол в радианах. Допустимы все значения, кроме x = πn, где n — любое целое число (в этих точках синус равен нулю). |
| y | Значение котангенса в точке x. Принимает любые действительные значения от −∞ до +∞. |
| n | Целое число (n ∈ ℤ), задающее номер периода и положение асимптот. |
Область определения котангенса
Котангенс определён всюду, где синус не обращается в ноль. Вертикальные асимптоты проходят через кратные π точки:
$$D(y) = \left\{ x \in \mathbb{R} \ \middle| \ x \neq \pi n, \; n \in \mathbb{Z} \right\}$$
То есть котангенс не определён при \(x = 0,\; \pm\pi,\; \pm 2\pi,\; \pm 3\pi,\;\ldots\)
Область значений котангенса
Как и тангенс, котангенс принимает все действительные значения:
$$E(y) = (-\infty;\;+\infty) = \mathbb{R}$$
Максимум и минимум функции котангенс
Котангенс не имеет ни максимума, ни минимума. На каждом интервале непрерывности \((\pi n;\; \pi(n+1))\) функция строго монотонно убывает:
$$\lim_{x \to (\pi n)^{+}} \cot(x) = +\infty, \qquad \lim_{x \to (\pi(n+1))^{-}} \cot(x) = -\infty$$
Производная котангенса
Производная котангенса всегда отрицательна, что подтверждает монотонное убывание на каждом интервале непрерывности:
$$\left(\cot(x)\right)’ = -\frac{1}{\sin^{2}(x)} = -\csc^{2}(x) = -(1 + \cot^{2}(x))$$
Первообразная (интеграл) котангенса
Неопределённый интеграл от котангенса:
$$\int \cot(x)\,dx = \ln\!\left|\sin(x)\right| + C$$
Здесь C — произвольная постоянная интегрирования.
Таблица значений функции y = ctg(x)
Значения котангенса в ключевых точках на промежутке от 0 до 2π. Символ «—» означает вертикальную асимптоту.
| x | Значение x (рад.) | ctg(x) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | — (асимптота) |
| π/6 | ≈ 0.52 | √3 ≈ 1.732 |
| π/4 | ≈ 0.79 | 1 |
| π/3 | ≈ 1.05 | 1/√3 ≈ 0.577 |
| π/2 | ≈ 1.57 | 0 |
| 2π/3 | ≈ 2.09 | −1/√3 ≈ −0.577 |
| 3π/4 | ≈ 2.36 | −1 |
| 5π/6 | ≈ 2.62 | −√3 ≈ −1.732 |
| π | ≈ 3.14 | — (асимптота) |
| 7π/6 | ≈ 3.67 | √3 ≈ 1.732 |
| 5π/4 | ≈ 3.93 | 1 |
| 4π/3 | ≈ 4.19 | 1/√3 ≈ 0.577 |
| 3π/2 | ≈ 4.71 | 0 |
| 5π/3 | ≈ 5.24 | −1/√3 ≈ −0.577 |
| 7π/4 | ≈ 5.50 | −1 |
| 11π/6 | ≈ 5.76 | −√3 ≈ −1.732 |
| 2π | ≈ 6.28 | — (асимптота) |
Связь между тангенсом и котангенсом
Основные тождества, связывающие эти две функции:
$$\cot(x) = \frac{1}{\tan(x)}, \qquad \tan(x) = \frac{1}{\cot(x)}$$
$$\tan(x) \cdot \cot(x) = 1$$
$$\cot(x) = \tan\!\left(\frac{\pi}{2} – x\right)$$
$$\tan(x) = \cot\!\left(\frac{\pi}{2} – x\right)$$
Сумма квадратов с единицей:
$$1 + \tan^{2}(x) = \sec^{2}(x), \qquad 1 + \cot^{2}(x) = \csc^{2}(x)$$
Сравнение свойств тангенса и котангенса
Краткая сводка ключевых характеристик обеих функций:
| Свойство | Тангенс tg(x) | Котангенс ctg(x) |
|---|---|---|
| Формула | sin(x) / cos(x) | cos(x) / sin(x) |
| Период | π | π |
| Чётность | Нечётная | Нечётная |
| Область определения | x ≠ π/2 + πn | x ≠ πn |
| Область значений | (−∞; +∞) | (−∞; +∞) |
| Монотонность | Возрастает | Убывает |
| Нули функции | x = πn | x = π/2 + πn |
| Вертикальные асимптоты | x = π/2 + πn | x = πn |
| Производная | 1 / cos²(x) | −1 / sin²(x) |
| Первообразная | −ln|cos(x)| + C | ln|sin(x)| + C |