Как находить период функции примеры

10.01.202429.06.2023 admin 0 Comments

Периодические функции

С периодическими функциями мы встречаемся в школьном курсе алгебры. Это функции, все значения которых повторяются через определенный период. Как будто мы копируем часть графика — и повторяем этот паттерн на всей области определения функции. Например, — периодические функции.

Дадим определение периодической функции:

Например, — периодические функции.

Для функций и период

Но не только тригонометрические функции являются периодическими. Если вы учитесь в матклассе или на первом курсе вуза — вам могут встретиться вот такие задачи:

1. Периодическая функция определена для всех действительных чисел. Ее период равен двум и Найдите значение выражения

График функции может выглядеть, например, вот так:

Как ведет себя функция в других точках — мы не знаем. Но знаем, что ее график состоит из повторяющихся элементов длиной 2, что и нарисовано.

2. График четной периодической функции совпадает с графиком функции на отрезке от 0 до 1; период функции равен 2. Постройте график функции и найдите f(4 ).

Построим график функции при

Поскольку функция четная, ее график симметричен относительно оси ординат. Построим часть графика при симметричную части графика от 0 до 1.

Период функции равен 2. Повторим периодически участок длины 2, который уже построен.

3. Найдите наименьший положительный период функции

Наименьший положительный период функции равен

График функции получается из графика функции сжатием в 3 раза по оси X (смотри тему «Преобразование графиков функций).

Рассуждая аналогично, получим, что для функции наименьший положительный период равен На отрезке укладывается ровно 5 полных волн функции

4. Период функции равен 12, а период функции равен 8. Найдите наименьший положительный период функции

Наименьший положительный период суммы функций равен наименьшему общему кратному периодов слагаемых.

Источник

Как определить периодичность функции

Если F(x) — функция аргумента x, то она называется периодической, если есть такое число T, что для любого x F(x + T) = F(x). Это число T и называется периодом функции.

Периодов может быть и несколько. Например, функция F = const для любых значений аргумента принимает одно и то же значение, а потому любое число может считаться ее периодом.

Обычно математика интересует наименьший не равный нулю период функции. Его для краткости и называют просто периодом.

Если F(x) — периодическая функция с периодом T, и для нее определена производная, то эта производная f(x) = F′(x) — тоже периодическая функция с периодом T. Ведь значение производной в точке x равно тангенсу угла наклона касательной графика ее первообразной в этой точке к оси абсцисс, а поскольку первообразная периодически повторяется, то должна повторяться и производная. Например, производная от функции sin(x) равна cos(x), и она периодична. Беря производную от cos(x), вы получите –sin(x). Периодичность сохраняется неизменно.

Однако обратное не всегда верно. Так, функция f(x) = const периодическая, а ее первообразная F(x) = const*x + C — нет.

Если F1(x) и F2(x) — периодические функции, и их периоды равны T1 и T2 соответственно, то сумма этих функций тоже может быть периодической. Однако ее период не будет простой суммой периодов T1 и T2. Если результат деления T1/T2 — рациональное число, то сумма функций периодична, и ее период равен наименьшему общему кратному (НОК) периодов T1 и T2. Например, если период первой функции равен 12, а период второй — 15, то период их суммы будет равен НОК (12, 15) = 60.

Наглядно это можно представить так: функции идут с разной «шириной шага», но если отношение их ширин рационально, то рано или поздно (а точнее, именно через НОК шагов), они снова сравняются, и их сумма начнет новый период.

Источник

Тригонометрические функции. Понятие периодичности.

Когда точно известно, какой именно угол принимается за единицу измерения, можно говорить об одинаковости масштабов на обеих осях. Тогда число х, измеряющее угол, и число у, выражающее его синус, можно изобразить отрезками, пропорциональными этим числам.

При построении графиков тригонометрических функций обычно принято за единицу измерения угла использовать радиан. Тогда функция у = sin x (под х подразумевается наименование «радианов») изображается графиком, приведенным ниже (масштабы на осях одинаковы). Если за единицу измерения угла принять полрадиана, то, сохраняя те же масштабы, график растянется вдоль оси абсцисс в отношении 2:1.

Линия, являющаяся графиком функции у = sin x, называется синусоидой.

При смещении графика синуса или косинуса на отрезок 2π (вправо или влево) он (график) совмещается сам с собой.

Таким образом, можно сказать, что если график некоторой функции у = f(x) при смещении его на некоторый отрезок вдоль оси абсцисс совмещается сам с собой, то функция называется периодической.

Периодом функции f(x) называется число р, которое измеряет отрезок на оси. Это словесное определение кратко выражается формулой:

Все тригонометрические функции имеют период 2π.

Функции тангенса и котангенса у = tgx и у = ctg х имеют сверх того период π (так как tg (х ± k π) = tg х).

График тангенса у = tg х показан на рисунке.

На рисунке ниже представлен график функции котангенс у = ctg х.

График тангенса неограниченно приближается к прямым, которые параллельны оси ординат и отстоят от нее на расстоянии равном ± π/2, ± 3(π/2), ± 5(π/2) и т.п., но не достигают этих прямых.

Аналогичную роль для графика функции котангенса играют прямые, отстоящие от оси OY на ± π, ±2π, ±3π, и т. д., собственно и сама ось OY.

Источник

§ 13. Свойства тригонометрических функций

Объяснение и обоснование

ления этих функций.

Например, — это ордината соответствующей точки единичной

окружности. Поэтому значение будет положительным, если точка

имеет положительную ординату, a это будет тогда, когда точка находит-

верти, то ее ордината отрицательна, и поэтому тоже отрицателен.

Аналогично, учитывая, что — это абсцисса соответствующей точки ,

получаем, что >0 в I и IV четвертях (абсцисса точки положительна)

и Функция y = f (x) называется периодической с периодом T ≠ 0, если для

любого x из области определения функции числа (x + T) и (x – T) также

Из приведенного определения получаем, что f (x – T) = f ((x – T) + T) =

= f (x), то есть, если T — период функции f (x), то и – T тоже период этой

Учитывая, что на единичной окружности числам (углам) где

соответствует одна и та же точка (рис. 71), получаем:

Тогда является периодом функций и .

При k = 1 получаем, что — это период функций и .

Докажем, что эти функции не могут иметь меньший положительный пе-

риод. Чтобы доказать, что — наименьший положительный период

бого значения x выполняется равенство cos (x + T) = cos x. Взяв x = 0,

получаем cos T = 1. Но это означает, что на единичной окружности при

повороте на угол T точка снова попадает в точку , то есть ,

где k ∈ Z. Таким образом, любой период косинуса должен быть кратным

, а значит,

— наименьший положительный период косинуса.

Чтобы обосновать, что — наименьший положительный период

функции sin x, достаточно в равенстве sin (x + T) = sin x, которое выпол-

няется для любых значений x, взять . Получаем Но это

означает, что при повороте на угол точка попадает в точку A (0;1)

(рис. 71), то есть таким образом . Следовательно,

любой период синуса должен быть кратным , а значитит,

— наименьший положительный период косинуса.

Если учесть, что на единичной окружности точки и являются

диаметрально противоположными, то этим точкам соответствует одна и та же

точка на линии тангенсов (рис. 72) или на линии котангенсов (рис. 73). Тогда

также

То есть периодом функций tg x и ctg x является (k ≠ 0, k ∈ Z).

Наименьшим положительным периодом для функций tg x и ctg x явля-

ется

Чтобы доказать это, достаточно в равенстве tg (x + T) = tg x взять x = 0.

Тогда получим tg T = 0. Таким образом, T =, где k ∈ Z. Итак, любой

период тангенса должен быть кратным а значит, — наименьший по-

ложительный период тангенса. Аналогично в соответствующем равенстве

для ctg x достаточно взять .

ции y = f (x), напомним, что по определению график функции y = f (x)

ординаты (x; y) = (x; f (x)). Первая координата для точек графика вы-

бирается произвольно из области определения функции. Выберем как

первую координату значение x + T (или в обобщенном виде — значение

x + kT при целом значении k) и учтем, что для периодической функции

f(x + T) = f(x – T) = f (x) (в общем случае f (x + kT) = f (x)). Тогда графи-

ку функции y = f (x) будет принадлежать также точка M1 координатной

плоскости с координатами:

(x + T; y) = (x + T; f (x + T)) = (x + T; f (x)).

ным переносом вдоль оси Ox на T единиц (рис. 74). В общем случае точку

реносом вдоль оси Ox на kT единиц. Таким образом, через промежуток T

вид графика периодической функции будет повторяться. Поэтому для

построения графика периодической функции с периодом T достаточно

построить график на любом промежутке длиной T(например, на проме-

жутке [0;T]), а потом полученную линию параллельно перенести вправо

и влево вдоль оси Ox на расстояние kT, где k — любое натуральное число.

Примеры решения задач

Задача 1 Пользуясь периодичностью, четностью и нечетностью триго-

нометрических функций, найдите:

Задача 1 Докажите утверждение: если функция y = f (x) периодическая

с периодом T, то функция y = Af (kx + b) также периодическая

с периодом (A, k, b — некоторые числа и k ≠ 0).

Используем утверждение, доказанное в задаче 2 для нахождения перио-

1) если функция sin x имеет период , то функция sin 4x имеет период

2) если функция tg x имеет период ,то функция имеет период

Вопросы для контроля

б *) Обоснуйте знаки тригонометрических функций в каждой из коорди-

2. а) Какие из тригонометрических функций являются четными, а какие

нечетными? Приведите примеры использования четности и нечетности

для вычисления значений тригонометрических функций.

б *) Обоснуйте четность или нечетность соответствующих тригонометри-

3. а) Какая функция называется периодической? Приведите примеры.

б *) Обоснуйте периодичность тригонометрических функций. Укажи-

те наименьший положительный период для синуса, косинуса, тангенса

и котангенса и обоснуйте, что в каждом случае этот период действитель-

но является наименьшим положительным периодом.

Упражнения

1. Пользуясь периодичностью, четностью и нечетностью тригонометриче-

ской функции, найдите:

1) 2) sin (–750°); 3) 4) ctg 945°;

5) 6) cos (–3630°); 7) 8) tg 600°.

2*. Среди данных функций найдите периодические и укажите наименьший

положительный период для каждой из них:

1) f(x)= x^2; 2) f(x)= sin 2x; 3) f(x)= | x |; 4) f(x)= tg 3x; 5)f(x) = 3.

3. Найдите период каждой из данных функций:

1) y= cos 2x; 2)y = tg 5x; 3) 4) y = ctg 3x; 5)

4. На каждом из рисунков 75–78 приведена часть графика некоторой перио-

дической функции с периодом T. Продолжите график на отрезке [–2T; 3T].

Источник

Периодическая функция

Периодическая функция — это функция, значения которой не изменяются при добавлении к значениям её аргумента некоторого числа T (отличного от нуля).

Функция y=f(x) называется периодической, если существует такое число T≠0, что для любого x из области определения этой функции выполняются равенства:

Число T называют периодом функции y=f(x).

Из определения следует, что значения x-T и x+T также входят в область определения функции y=f(x).

Свойства периодических функций

1) По определению периодической функции для любого x из области определения y=f(x) если T — период функции, то f(x-T)= f(x)=f(x+T).

2) Для любого x из области определения y=f(x) если T₁ — период функции, то

Так как T₂ также является периодом функции y=f(x), то для аргумента x-T₁

Следовательно, число T₁+T₂ является периодом функции y=f(x).

3) Это свойство непосредственно вытекает из свойства 2, если T взять в качестве слагаемого n раз.

4) Если T — период функции f(x), то для аргумента kx+b

Значит число T/k — период функции f(kx+b).

5) Эти свойства следуют непосредственно из определения.

Например, для суммы f(x) и g(x):

Из свойства 3 следует, что каждая периодическая функция имеет бесконечно много периодов.

Если среди всех периодов функции y=f(x) существует наименьший положительный период, то его называют главным (или основным) периодом функции.

Примеры периодических функций

1) Поскольку для любого x выполняются равенства

то функции y=sin x и y=cos x являются периодическими с периодом T=2π.

2) Так как для любого x из области определения функции y=tg x выполняется равенство

tg (x-π)=tg x =tg (x-π), то y=tg x — периодическая функция с периодом T=π.

Аналогично, y=ctg x — периодическая функция с периодом T=π.

3) Так как для любого действительного числа x и любого рационального числа k выполняется равенство D(x+k)=D(x), то функция Дирихле D(x) — периодическая с периодом T=k, где k∈Q, k≠0.

Поскольку k — любое рациональное число, невозможно его указать наименьшее положительное значение. Следовательно, функция Дирихле не имеет главного периода.

4) Рассмотрим частный случай линейной функции y=b, b — действительное число (b∈R). Эта функция определена на множестве действительных чисел и при любых значениях аргумента принимает единственное значение y=b, то есть для любого действительного числа m (m∈R), y(x)=y(x+m)=b.

Значит y=b — периодическая функция с периодом T=m, где m∈R, m≠0.

Так как m — любое действительное число, оно не имеет наименьшего положительного значения. Поэтому функция y=b не имеет главного периода.

5) Так как для любого действительного x и любого целого k выполняется равенство =, то функция дробной части числа y= — периодическая с периодом T=k, где k∈Ζ, k≠0.

Наименьшим положительным целым числом является единица. Следовательно, T=1 — главный период функции y=.

Главный период функций y=sin x и y=cos x T=2π.

Главный период функций y=tg x и y=ctg x T=π.

Если T — период функции y=sin x, то sin (x-2π)=sin x = sin (x-2π) для любого x.