週期

正弦函數與週期性(Sine Function and Periodicity)

正弦函數與週期性(Sine Function and Periodicity)
台北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立台灣大學數學系翁秉仁教授責任編輯

摘要:本文舉例說明日常生活中隱藏的正弦函數。

高中數學很大部分的課程是在學習基本函數圖形:高一的多項式函數、指數函數、對數函數,高二以後的三角函數… 。

不同的基本函數有不同的特性,多項式是最簡單的函數,曾有一首打油詩描述多項式的特色:「加減乘除都好算,曲線優美不間斷,多項式,讚!」用數學語言更精確的說明,「曲線優美」就是微分連續,「不間斷」是指其為連續函數,不過此特性並非那麼獨特,指對數或三角函數也都是「曲線優美不間斷」,多項式更重要的特色是運算簡單,所以我們很喜歡用多項式逼近其他函數;指數函數的特色是同樣時間間隔內成長倍數相同」;那麼,三角函數的特性是什麼呢?

三角函數的疊合

三角函數的疊合 (Simplifying  \(\sin x+\cos x\))
臺北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立臺灣大學數學系翁秉仁教授責任編

摘要:在學會正弦、餘弦的基本函數圖形及其平移伸縮後,很自然會想知道正弦與餘弦組合(\(y = A\sin x + B \cos x\) )圖形的樣貌,即「三角函數的疊合」。疊合有非常多有趣的切入點,本文簡單點出幾個不同的想法。

正規課本內容

不論任何版本的課本,第一個例子幾乎都是 \(y=\sin x +\cos x\) ,想辦法將 \(y=\sin x +\cos x\) 湊成和角公式,技巧是提出以 \(A\)、\(B\) 為兩股的斜邊,即 \(\sqrt{A^{2}+B^{2}}\) ,就能夠將 \(y=\sin x+\cos x\) 化簡成單一三角函數:

\(\begin{array}{ll} y &=\displaystyle \sin x+\cos x \\&=\displaystyle\sqrt{2}(\frac{1}{\sqrt{2}}\sin x+\frac{1}{\sqrt{2}}\cos x)\\&=\displaystyle\sqrt{2}(\sin x\cos\frac{\pi}{4}+\cos x\sin\frac{\pi}{4})\\&=\displaystyle\sqrt{2}\sin(x+\frac{\pi}{4})~~~~~~~~~(1)\end{array}\)