怎么判断正弦函数的一个周期是否存在(怎么判断正弦函数的一个周期是否相等)
对于函数y=f(x),如果存在非零常数T,使得当x取域中的每个值时f(x+T)=f(x)成立,则函数y=f(x)称为周期函数,非零常数T称为该函数的周期。事实上,任何常数kT(kZ,且k0)都是它的周期。并且周期函数f(x)的周期T是与x无关的非零常数,并且周期函数不一定具有最小正周期。
决策定理
周期函数定理可以分为几种类型。
定理1
如果f(x)是一个周期函数,其中T*作为集合M上的最小正周期,则Kf(x)+C(K0)和1/f(x)是集合M且分别为以T*为{X/f(x)0,XM}上的最小正周期的周期函数。
证书:
T*是f(x)的周期,有XT*且f(x+T*)=f(x),Kf(x)+C=Kf(x+T*)+C。
Kf(x)+C也是M上以T*为周期的周期函数。
假设T*不是Kf(x)+C的最小正周期,则必定存在T'(0T'T*)为Kf(x)+C的周期,则对于T'(0T'T*)是Kf(x)+C的周期有Kf(x+T')+C=Kf(x)+CK[f(x+T')-f(x)]=0,K0,f(x+T')-f(x)=0,f(x+T')=f(x),
T’是f(x)的周期,与T*是f(x)的最小正周期不一致。T*也是Kf(x)+C的最小正周期。
同理,可以证明1/f(x)是集合{X/f(x)0,X}上以T*为最小正周期的周期函数。
定理2
如果f(x)是集合M上的周期函数,以T*为最小正周期,则f(ax+n)是集合{x|ax+bM}上的周期函数,其中T*/a作为具有正周期的最小A周期函数(其中a和b是常数)。
证书:
先证者的周期f(ax+b)。
T*为f(x)的周期,f(xT*)=f(x),有XT*M,将x替换为ax+b,f(axT*+b)=f(ax+b),此时ax+bM,提取a作为公因子,f[a(x+T*/a)+b]=f(ax+b)T*/a是f(ax+b)的周期。
再次证明它是f(ax+b)的最小正周期。
假设有一个周期T'/a(0T'T*;)即f(ax+b),则f(a(x+T'/a)+b)=f(ax+b),使用x/a-b/a替换x,并且f(x+T')=f(x)
T’是f(x)的周期,但T’T*与T*是f(x)的最小正周期不一致。
不存在f(ax+b)的周期T’/a(0T’T*;),即f(ax+b)的最小正周期为T*/a。[1]
定理3
假设f(u)是定义在集合M上的函数,u=g(x)是集合M1上的周期函数,当XM1,g(x)M时,则复合函数f(g(x))是M1上的周期函数。
证书:
假设T是u=g(x)的周期,则1有(xT)M1且g(x+T)=g(x)f(g(x+T))=f(g(X))
=f(g(x))是M1上的周期函数。
示例1
假设=f(u)=u2是非周期函数,u=g(x)=cosx是实数集R上的周期函数,则f(g(x))=cos2x是R上的周期函数。
同理可得:f(x)=Sin(cosx),f(x)=Sin(tgx),f(x)=Sin2x,f(n)=Log2Sinx(sinx0)也是周期函数。
实施例2
f(n)=Sinn是周期函数,n=g(x)=ax+b(a0)是非周期函数,f(g(x))=Sin(ax+b)是周期函数函数(中学数学认证)。
实施例3
f(n)=cosn是周期函数,n=g(x)=(非周期函数)且f(g(x))=cos是非周期函数。
证明:假设cos是周期函数,则存在T0使得cos(kZ)与T是独立于X的常数的定义相矛盾,
cos不是周期函数。
如示例2和示例3所示,如果f(u)是周期函数并且u=g(X)是非周期函数,则f(g(x))可能是也可能不是周期函数。
定理4
假设f1(x)和f2(x)都是集合M上的周期函数,T1和T2分别是它们的周期。若T1/T2Q,则它们的和、差、积也是M上的周期函数。T1和T2的公倍数就是它们的周期。
证书:
假设((p·q)=1)假设T=T1q=T2p,则:(xT)=(xT1q)=(xT2p)M,且f1(x+T)f2(x+T)=f1(x+T1q)f2(x+T2p)=f1(X)f2(X),f1(X)f2(X)基于T1和T2的公倍数T为周期周期函数。同理,可以证明f1(x)和f2(x)是以T为周期的周期函数。
推理
假设f1(x)、f2(x).fn(x)分别是集合M上的有限数量的周期函数T1、T2.Tn,如果.(或T1、T2中的任何一个。Tn两者之比)都是有理数,那么这n个函数的和、差、积也是M上的周期函数。
示例1
f(x)=Sinx-2cos2x+sin4x是周期函数,周期为2,即2、和/2的最小公倍数。
实施例2
讨论f(X)=的周期性。
解:2tg3是以T1=为最小正周期的周期函数。
5tg是以T2为最小正周期的周期函数。
tg2是周期函数,T3=为最小正周期。
它们都是有理数
f(x)是以T1,T2,T3(T1,T2,T3)=的最小公倍数作为最小正周期的周期函数。
同样的原理可以证明:
f(x)=cos;
f(x)=sin2xcos2x+cos2xcos3x+cos3xsin3x。是周期函数。
定理5
假设f1(x)=sina1x,f2(x)=cosa2x,则f1(x)与f2(x)的和、差、积为周期函数的充要条件为a1/a2Q。
证书:
先证者充分性:
如果a1/a2Q,则令T1和T2分别为f1(x)和f2(x)的最小正周期。根据定理4,我们可以得到f1(x)和f2(x)的和、差、乘积都是周期函数。
重新证明必要性(仅证明f1(x)和f2(x)的差和乘积)。
假设sina1x-cosa2x是周期函数,则必有常数T0,
令sina1(x+T)-sina1x=cosa2(x+T)-cosa2x2cos(a1x+T)sin=-2sin(a2x+T)sin。
设x=2cos(a1x+T),则(KZ)。
或CZ
并在中令2sin(a2x+T)sin=-2sin=0
从
由罪
根据上述(2)和(3),(4)和(5)至少之一为真。
由,得
无论、、中哪一个公式成立,都有a1/a2。
假设sinaxcosa2x是周期函数,则是周期函数。
测定方法
周期函数的确定方法分为以下步骤:
(1)判断f(x)的定义域是否有界;
示例:f(x)=cosx(10)不是周期函数。
(2)根据定义,在讨论函数的周期性时,可以看出,在f(x+T)=f(x)的关系中,非零实数T与x无关。因此,可以通过求解方程f(x+T)-f(x)=0来解决讨论。如果我们可以求解一个与x无关的非零常数T,我们可以得出函数f(x)是周期函数。如果这样的T不存在,则f(x)是非周期函数。
示例:f(x)=cosx^2是非周期函数。
(3)一般用反证法证明。(如果f(x)是周期函数,则导出矛盾,而f(x)是非周期函数)。
例子:证明f(x)=ax+b(a0)是非周期函数。
证明:假设f(x)=ax+b是周期函数,则T(0)存在,则a(x+T)+b=ax+bax+aT-ax=0,aT=0另外,a0,T=0与T0不一致,f(x)是非周期函数。
示例:证明f(x)=ax+b是非周期函数。
证明:假设f(x)是周期函数,则必然存在一对T(0),其中(x+T)=f(x)。当x=0时,f(x)=0,但x+T0,f(x+T)=1,f(x+T)f(x)与f(x+T)矛盾=f(x),f(x)是非周期函数。