欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

一个美丽的发现:由secx和cscx的原函数以及它们原函数的相反数构成的美丽彩虹画卷

2023-08-24 11:45 作者:无风云不动云动心如风  | 我要投稿

一.近期的偶然发现

最近几天在翻阅一本微积分的书籍,发现书里有一道习题,要求artanh(sinx)的导数,那就求呗,本以为是一道平平无奇的求导问题,结果一计算(artanh(sinx))'%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B1-(sinx)%5E2%7D%20*(sinx)'%3D%5Cfrac%7Bcosx%7D%7B(cosx)%5E2%7D%20%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bcosx%7D%20%3D%20secx

发现没有,结果竟然是正割函数!我们在背积分表的时候,书里一般是告诉我们%5Cint_%7B%7D%5E%7B%7D%20secxdx%3Dln%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20%2Bc,我在原创文章第一篇算出来的也是这个结果。

那么这就抛出了一个问题:artanh(sinx)%3Dln%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20吗?还是这两者之间会相差一个常数,即artanh(sinx)%3Dln%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20%2Bc

二.开启验证

带着上面的问题,我开始了验证之路。回顾一下,在我的原创文章第二篇中,我们知道artanhx%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cfrac%7B1%2Bx%7D%7B1-x%7D%20,由于artanh(sinx)是一个复合函数,只要将x替换成sinx即可,得到artanh(sinx)%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cfrac%7B1%2Bsinx%7D%7B1-sinx%7D%20%3Dln%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B1%2Bsinx%7D%7B1-sinx%7D%20%7D%20。先把这个暂且搁置一边,我们来看ln%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20,对绝对值里面的内容进行平方,得到

再对等式两边开根号处理,就得到%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B1%2Bsinx%7D%7B1-sinx%7D%20%7D%20,因此artanh(sinx)%3Dln%5Cvert%20secx%2Btanx%20%5Cvert%20成立,到此也就验证完毕了。

三.开启举一反三

既然secx的原函数是artanh(sinx),那么cscx的原函数也能很快地求出来,就是-artanh(cosx),我在画函数图像的网站desmos画出了上面两个原函数的图像,又加上了它们的相反数,于是就形成了一幅美丽的彩虹画卷

彩虹函数

上图中,红色曲线代表artanh(sinx),蓝色曲线代表-artanh(sinx),紫色曲线代表-artanh(cosx),绿色曲线代表artanh(cosx)

四.探寻彩虹函数的性质

可以发现,上面四种颜色的曲线形状都是一样的,那意味着一条曲线可以通过平移得到另一条曲线。下面我来展示一下如何通过平移得到彼此:

红:artanh(sinx)    蓝:-artanh(sinx)    紫:-artanh(cosx)    绿:artanh(cosx)

1.红%5Crightarrow%20紫:artanh(sin(x-%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20))%3Dartanh(-sin(%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20-x))%3Dartanh(-cosx)%3D-artanh(cosx)意味着红色曲线向右平移%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20个单位得到紫色曲线

2.红%5Crightarrow%20蓝:artanh(sin(x-%5Cpi%20))%3Dartanh(-sin(%5Cpi%20-x))%3Dartanh(-sinx)%3D-artanh(sinx)

意味着红色曲线向右平移%5Cpi%20个单位得到蓝色曲线,同时他们两个又是互为相反数

3.红%5Crightarrow%20绿:

artanh(sin(x%2B%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D)%20)%3Dartanh(cosx),意味着红色曲线向左平移%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20个单位得到绿色曲线

4.紫%5Crightarrow%20蓝:-artanh(cos(x-%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20))%3D-artanh(cos(%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20-x))%3D-artanh(sinx),意味着紫色曲线向右平移%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20个单位得到蓝色曲线

5.紫%5Crightarrow%20绿:

-artanh(cos(x%2B%5Cpi%20%20))%3D-artanh(-cosx)%3Dartanh(cosx),意味着紫色曲线向左平移%5Cpi%20个单位得到绿色曲线,同时他们两个又是互为相反数

6.绿%5Crightarrow%20蓝:

artanh(cos(x%2B%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20))%3Dartanh(-sinx)%3D-artanh(sinx),意味着绿色曲线向左平移%5Cfrac%7B%5Cpi%20%7D%7B2%7D%20个单位得到蓝色曲线

一个美丽的发现:由secx和cscx的原函数以及它们原函数的相反数构成的美丽彩虹画卷的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律