特别解析:三角函数周期的几种求法
1.定义法:
定义:一般地对于函数,如果存在一个不为零的常数,使得当取定义域内的每一个值时,f(x +T )=f(x )都成立,那么就把函数y=f(x)叫做周期函数;不为零的常数叫做这个函数的周期。
对于一个周期函数来说,如果在所有的周期中存在着一个最小的正数,就把这个最小的正数叫做最小的正周期。
下面我们谈到三角函数的周期时,一般指的是三角函数折最小正周期。
例1.求函数y=3sin (3
32π+x )的周期 解:∵y=f (x )=3sin (3
32π+x )=3sin (332π+x +2π) =3sin (3232ππ++x )=3sin[3
)3(32ππ++x ] = f (x+3π) 这就是说,当自变量由x 增加到x +3π,且必增加到x +3π时,函数值重复出现。
∴函数y=3sin (
332π+x )的周期是T=3π。
例2:求f (x )=sin 6x+cos 6x 的周期
解∵f (x+
2π)= sin 6(x+2π)+ cos 6(x+2
π)= cos 6x +sin 6x= f (x ) ∴f (x )=sin 6x+cos 6x 的周期为T=2
π 例3:求f (x )=x x x x 3cos cos 3sin sin ++的周期 解:∵f (x+π)=)cos()cos()(3sin )sin(ππππ++++++x x x x =x
cox x x 3cos 3sin sin ---- =
x
x x x 3cos cos 3sin sin ++= f (x ) ∴求f (x )=x x x x 3cos cos 3sin sin ++的周期:T=π
2.公式法:
(1)如果所求周期函数可化为y=Asin (ϕω+x )、y=Acos (ϕω+x )、y=tg (ϕω+x )形成(其中A 、ω、ϕ为常数,且A ≠0、
ω>0、ϕ∈R ),它们的周期是:ωπ2、ωπ2、ω
π。
例4:求函数y=1-sinx+3cosx 的周期 解:∵y=1-2(21 sinx-23cosx )=1-2(cos 3πsinx-sin 3π cosx )=1-2sin (x-3
π) 这里ω=1 ∴周期T=2π
例5:求:y=2(23sinx-2
1cos3x )-1 解:∵y=2(
23sinx-21cos3x )-1=2sin (3x-6π)-1 这里ω=3 ∴周期为T=
32π 例6:求y=tg (1+5
3x π)的周期 解:这里ω=53π,∴周期为:T=π/53π=3
5 (2)如果f (x )是二次或高次的形式的周期函数,可以把它化成sin ωx 、cos ωx 、tg ωx 的形式,再确定它的周期。
例7:求f (x )=sinx ·cosx 的周期
解:∵f (x )=sinx ·cosx=2
1sin2x 这里ω=2,∴f (x )=sinx ·cosx 的周期为T=π
例8:求f (x )=sin 2x 的周期
解:∵f (x )=sin 2x=2
2cos 1x - 而cos2x 的周期为π,∴f (x )=sin 2x 的周期为T=π
注:以上二题可以运用定义求出周期。
例9:求y=sin 6ωx+ cos 6
ωx 的周期 解:原函数次数较高,应先进降次变形,再求周期。
∵y=sin 6ωx+ cos 6
ωx =(sin 2ωx+ cos 2ωx )(sin 4ωx-sin 2ωx ·cos 2ωx+ cos 4
ωx ) =( sin 2ωx+ cos 2ωx)2-3 sin 2ωx ·cos 2
ωx =1-3 sin 2ωx ·cos 2ωx =1-4
3 sin 22ωx =85+83cos4ωx 而cos4ωx 的周期为T=ωπ42=ω
π2, ∴y= sin 6ωx+ cos 6ωx 的周期为T=ω
π2 例10:函数y=3sin 2x-23sinx ·cosx+5cos 2x 的周期。
解:利用三角恒等式对函数进行恒等变形,再求周期。
∵y=3sin2x-23sinx ·cosx+5cos 2x=3-23sinx ·cosx+2cos 2x =3-3sin2x+cos2x+1=4+2(21cos2x-23sin2x)=4+2cos(2x+3
π) ∴y=3sin 2x-23sinx ·cosx+5cos 2x 的周期为T=ππ=2
2
3.定理法:
如果f(x)是几个周期函数代数和形式的,即是:函数f(x)=f 1(x)+f 2(x),而f 1(x)的周期为T 1, f 2(x)的周期为T 2,则f(x)的周期为T=P 2T 1=P 1T 2,其中P 1、P 2∈N ,且(P 1、P 2)=1 事实上,由2
121P P T T =(既约分数),得T= P 2T 1=P 1T 2
∵f (x+ P 1T 2)=f 1(x+ P 1T 2)+f 2(x+ P 1T 2)=f 1(x+ P 2T 1)+ f 2(x+ P 1T 2)
= f 1(x )+ f 2(x )=f (x )
∴P 1T 2是f (x )的周期,同理P 2T 1也是函数f (x )的周期。
例11:求函数y=tg6x+ctg8x 的周期。
解:∵y=tg6x 的周期为T 1=6π,tg8x 的周期为T 2=8
π 由P 1T 2= P 2T 1,得21T T =21P P =3
4,取P 1=4,P 2=3 ∴y=tg6x+ctg8x 的周期为T= P 1T 2=
2
π。
例12:求函数y=sin2x+sin3x 的周期 解:∵sin2x 的周期为T 1=π,sin3x 的周期为T 2=
32π 而21T T =2
3,即是T=2T 1=3T 2, ∴y=sin2x+sin3x 的周期为T=2T 1=2π
例13:求函数y=cos
3x +sin 4x 的周期 解:∵cos 3x 的周期为T 1=6π,sin 4
x 的周期为T 2=8π 而4
38621==ππT T ,即是T=4T 1=3T 2 ∴y=cos
3x +sin 4
x 的周期为T=3T 2=24π。
类似,y=sin 5x -2sin 3x 的周期为T=30π,y=tg3θ+2ctg2θ的周期为T=π。
由上述各例可知:尽管问题的形式多样复杂,但经过仔细观察、认真分析,都可以把它化成相关问题,运用有关知识,就可以解决。