摘要:我們知道正弦函數(shù)y=Sinx,余弦函數(shù)y=cosx,正切函數(shù)y=tanx及余切函數(shù)y=cotx的周期以及最小正周期的求法,由此派生出來的復合函數(shù)y=Asin(ωx+φ)、y=Acos(ωx+φ)、y=Atan(ωx+φ)及y=Acot(ωx+φ)的周期求法。筆者從兩道錯題談一般的周期函數(shù)周期函數(shù)及最小周期的求法。
關鍵詞:周期函數(shù);最小周期;最小公倍數(shù)
中圖分類號:G6文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2011)06(b)-0000-00
我們知道正弦函數(shù)y=Sinx,余弦函數(shù)y=cosx,正切函數(shù)y=tanx及余切函數(shù)y=cotx的周期以及最小正周期的求法,由此派生出來的復合函數(shù)y=Asin(ωx+φ)、y=Acos(ωx+φ)、y=Atan(ωx+φ)及y=Acot(ωx+φ)的周期求法,那么不可化成上述形式的函數(shù),而是一般的周期函數(shù),它們的周期及最小周期怎么求呢?筆者從兩道錯題談周期函數(shù)及最小周期的求法。
我們看下面的例子,曾經(jīng)在技校新編電子類數(shù)學教材中,有這樣兩道題:
求下列函數(shù)的周期
?、舮=tg3x+5ctg2x
?、苰=2Sin3x+3Sin2x
書中所給答案分別是6π、3π。顯然這兩個結(jié)論是錯誤的。6π是⑴題的周期,但不是最小正周期。3π不是⑵題的周期。
教材中給出了y=Asin(ωx+φ)、y=Atg(ωx+φ)的周期的求法,對于由A sin(ωx+φ)或Atg(ωx+φ)進行加減運算后的周期求法,并不是一件簡單的事。
對于一般地周期函數(shù)f(x)來說,有這樣的結(jié)論成立。
?、拧⑷鬖是f(x)的最小正周期,則f(x+m)=f(x)的充要條件是m=kL,k∈z
?、啤⑷鬖是f(x)的最小正周期,m是φ(x)的最小正周期,則L、m的最小公倍數(shù)一定是,Af(x)+Bf(x)的周期,但未必是最小正周期。
結(jié)論⑴證明:
充分性:假設L是f(x)的最小正周期
∴f(x+L)=f(x)
m=kL,k∈z當k=0時結(jié)論顯然成立。
當k∈z+時
f(x+m)=f(x+kL)=f[x+(k-1)L+L]=f[x+(k-1)L]
繼續(xù)作下去就可以得到f(x+m)=f(x+L)=f(x)。
當k∈z-時,-k∈z+
F(x+m)=f(x+kL)=f[(x+kL)-kL]=f(x)
必要性:設有m使f(x+m)=f(x)成立。
∵m=kL+h,k∈z,0≤h<L
f(x+m)=f(x+kL+h)=f(x+h)
由于f(x+m)=f(x)
∴f(x+h)=f(x)
∵L是f(x)的最小正周期
∴h=0
則m=kL
結(jié)論⑵證明:
設L是f(x)的最小正周期,則f(x+L)=f(x);
m是φ(x)的最小正周期,則φ(x+m)= φ(x);
F(x)=Af(x)+Bφ(x)。
令n是L、m的最小公倍數(shù),
則存在k1、k2∈z
使,n=k1L, n=k2m。
F(x+n)=Af(x+k1L)+Bφ(x+ k2m)
=Af(x)+Bφ(x)=F(x)
∴n是Af(x)+ Bφ(x)的周期
例:F(x)= tg(x+ )+ tg(x- )
F(x)= tg(x+ )最小正周期是π;
φ(x) = tg(x- )最小正周期是π。
∴最小公倍數(shù)是π。
但,F(xiàn)(x)=tg(x+ )+ tg(x- )=tg2x
∴F(x)的周期是 。
∴π是F(x)的周期,但不是最小正周期。
根據(jù)上述得知如果一個函數(shù)不能化簡為下面的幾種形式即:Asin(wx+φ)、Acos(wx+φ)、Atg(wx+φ)、Actg(wx+φ)而是一般的和、差式,這時的最小周期,并不是很容易求出的,即便是求出來也應考慮能否有理論保證它確實是最小正周期。數(shù)學一定要精益求精,不能想當然,一定要有充分的理論作基礎,以公理、定理作依據(jù),能經(jīng)得住考證。