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正弦函数与余弦函数的图像和性质

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年10月9日 (五) 10:42的版本 (补充高中数学五章学习路径、原创例题推导与教学图解)
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正弦函数 y=sin⁡x 和余弦函数 y=cos⁡x 将角度映为单位圆上点的纵、横坐标。角 x 用弧度计;点绕圆连续运动一周,两个坐标也各完成一次起伏。理解图像时,应能把曲线上的关键点送回圆上的相应位置。

一周的关键位置

从正横轴出发,取五个角度:

x 0 π/2 π 3π/2 2π
sin⁡x 0 1 0 −1 0
cos⁡x 1 0 −1 0 1

在正弦图像上标出 (0,0)、(π/2,1)、(π,0)、(3π/2,−1)、(2π,0)。单位圆在这些角度之间连续转动,纵坐标也连续变化;曲线因此不是五个离散点之间任意连出的折线。余弦图像同理,从 (0,1) 开始,比正弦早四分之一周达到峰值。

同一横轴上绘制一周内正弦和余弦曲线,正弦从零上升,余弦从一开始,二者都在负一与一之间
两条曲线的关键横坐标与上表相同;余弦相对正弦提前四分之一周。

周期、范围与对称

一周之后回到同一单位圆位置,sin⁡(x+2π)=sin⁡x、cos⁡(x+2π)=cos⁡x;两者的最小正周期都是 2π。坐标不能超过单位圆半径,所以值域均为 [−1,1]。正弦在 π/2+2kπ 取最大值 1,在 3π/2+2kπ 取最小值 −1;余弦在 2kπ 取最大值,在 π+2kπ 取最小值,k∈ℤ。

由任意角与诱导公式,sin⁡(−x)=−sin⁡x,所以正弦图像关于原点对称;cos⁡(−x)=cos⁡x,所以余弦图像关于纵轴对称。还因为 cos⁡x=sin⁡(x+π/2),两条曲线有相同形状,只是沿横轴平移了四分之一周期。

读图时注明范围

在 [−π/2,π/2] 上,正弦从 −1 增至 1;在 [π/2,3π/2] 上,它从 1 降至 −1。说“正弦是增函数”若不写区间便错误,因为它不断上下起伏。同理,余弦在 [0,π] 递减,却在 [π,2π] 递增。

练习:若 x∈[0,2π],求 sin⁡x=0 的全部解。查单位圆的纵坐标为零时,终点在横轴上,所以 x=0,π,2π。两端虽然对应同一圆上位置,却是区间内不同的两个角度,不能漏掉任一端点。

参考资料