Zadanie 3.5.5

 Polecenie

Zapisz funkcję odwrotną do \(f\) przy użyciu funkcji cyklometrycznych. Naszkicuj wykres otrzymanej funkcji.
Oblicz \(\sin f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big)\) oraz rozwiąż równanie \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}.\)

 Funkcja 1

\(f(x)=\sin x, \ \ x \in \left \langle -\displaystyle\frac{\pi }{2}; \displaystyle\frac{\pi }{2} \right \rangle\)

 Rozwiązanie

Aby znaleźć funkcję odwrotną do funkcji sinus, należy tak "uciąć" wykres funkcji sinus, aby powstała funkcja była różnowartościowa.
My mamy podany przedział \(\left \langle -\displaystyle\frac{\pi }{2}; \displaystyle\frac{\pi }{2} \right \rangle.\) Wystarczy sprawdzić, czy na podanym przedziale funkcja sinus jest różnowartościowa. Z wykresu funkcji sinus wynika, że tak. Zatem posiada ona funkcję odwrotną na tym przedziale.
DEFINICJA
Funkcję odwrotną do funkcji sinus \(f(x)=\sin x\) określonej na przedziale \(\left \langle -\displaystyle\frac{\pi }{2}; \displaystyle\frac{\pi }{2} \right \rangle\)  nazywamy funkcję arcus sinus i zapisujemy \(f^{-1}(x)=\arcsin x\) dla \(x\in \left \langle -1;1\right \rangle.\)
Wykres funkcji \(y=\arcsin x\)
Wykres funkcji \(y=\arcsin x\)
Liczymy wartość wyrażenia \(\sin f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big).\)
\[\begin{array}{l}
f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big)=\arcsin \Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)\\
\arcsin \Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)= \alpha \\
\sin \alpha =\displaystyle\frac{1}{2}\\
\alpha =\displaystyle\frac{\pi}{6}.
\end{array}\]
Zatem \[\sin f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big)=\sin \displaystyle\frac{\pi}{6}= \displaystyle\frac{1}{2}.\]

Mamy również rozwiązać równanie \(f^{-1}(x)= \displaystyle\frac{\pi}{3}.\)
\[ \begin{array}{l}
f^{-1}(x)= \displaystyle\frac{\pi}{3}\\
\arcsin x=\displaystyle\frac{\pi}{3}\\
x=\sin \displaystyle\frac{\pi}{3}\\
x=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}.
\end{array}\]

 Odpowiedź

Wartością wyrażenia \(\sin f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big)\) jest \(\displaystyle\frac{1}{2}.\)
Rozwiązaniem równania \(f^{-1}(x)= \displaystyle\frac{\pi}{3}\) jest liczba \(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}.\)

 Funkcja 2

\(f(x)=\cos x, \ \ x\in  \left \langle 0;\pi \right \rangle\)

 Rozwiązanie

Funkcja \(y=\cos x\) na przedziale \(\left \langle 0; \pi \right \rangle\) jest funkcją różnowartościową, zatem posiada funkcję odwrotną.
DEFINICJA
Funkcję odwrotną do funkcji cosinus \(f(x)=\cos x\) określonej na przedziale \(\left \langle 0; \pi \right \rangle\)  nazywamy funkcję arcus cosinus i zapisujemy \(f^{-1}(x)=\arccos x\) dla \(x\in \left \langle -1;1\right \rangle.\)
Wykres funkcji \(y=\arccos x\)
Wykres funkcji \(y=\arccos x\)
Obliczamy wartość wyrażenia \(\sin (f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big)).\)
\[ \begin{array}{l}
\sin (f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big))=\sin (\color{#388E3C}{\arccos \Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)})\\
\color{#388E3C}{\arccos \Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)=\alpha} \\
\color{#388E3C}{\cos \alpha =\displaystyle\frac{1}{2}}\\
\color{#388E3C}{\alpha =\displaystyle\frac{\pi}{3}}\\
\sin (\arccos \Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big))=\sin (\displaystyle\frac{\pi}{3})=\\
=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}.
\end{array}\]
Rozwiązujemy równanie \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}.\)
\[ \begin{array}{l}
f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}\\
\arccos x=\displaystyle\frac{\pi}{3}\\
x=\cos \displaystyle\frac{\pi}{3}= \displaystyle\frac{1}{2}.
\end{array}\]

 Odpowiedź

Wartość wyrażenia \(\sin (f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big))\) wynosi \(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}.\) Rozwiązaniem równania \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}\) jest liczba \(\displaystyle\frac{1}{2}.\)

 Funkcja 3

\(f(x)=\operatorname{ctg}{x}, \ \ x\in \left ( 2\pi;3\pi \right )\)

 Rozwiązanie

W przedziale \(\left ( 2\pi;3\pi \right )\) funkcja \(y=\operatorname{ctg}{x}\) jest różnowartościowa. Zatem posiada funkcję odwrotną. Zaczynamy rysunek od funkcji \(y=\operatorname{ctg}{x}\) w przedziale \(\left ( 0;\pi \right ).\) Funkcją odwrotną do niej jest funkcja \(y=\operatorname{arcctg}{x}.\)
DEFINICJA
Funkcję odwrotną do funkcji cotangens \(f(x)=\operatorname{ctg}{x}\) określonej na przedziale \(\left ( 0; \pi \right )\)  nazywamy funkcję arcus cotangens i zapisujemy \(f^{-1}(x)=\operatorname{arcctg}{x}\) dla \(x\in\mathbb{R}.\)
Zauważmy, że funkcją odwrotną do funkcji \(f(x)=\operatorname{ctg}{x}, \ \ x\in \left ( 2\pi;3\pi \right )\) jest funkcja odwrotna do funkcji \(f(x)=\operatorname{ctg}{x}, \ \ x\in \left ( 0;\pi \right ),\) przesunięta o \(2\pi\) jednostek w górę wzdłuż osi \(OY.\) Zatem jest to funkcja \(f^{-1}(x)=\operatorname{arcctg}{x}+2\pi.\)
Wykres funkcji \(y=\operatorname{arcctg}{x}\)
Wykres funkcji \(y=\operatorname{arcctg}{x}\)
Wyznaczamy wartość wyrażenia \(\sin (f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big)).\)
\[ \begin{array}{l}
\sin (f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big))=\sin (\operatorname{arcctg}{\Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)})\\
\operatorname{arcctg}{ \Big(\displaystyle\frac{1}{2}} \Big)=\alpha\\
\operatorname{ctg}\alpha =\displaystyle\frac{1}{2}
\end{array}\]
Korzystamy z  aby odczytać wartość przybliżoną kąta \(\alpha.\)
\[\alpha \approx 63^{\circ}\]
α sinα cosα tgα ctgα
0° 0 1 0 -
1° 0.0175 0.9998 0.0175 57.29
2° 0.0349 0.9994 0.0349 28.6363
3° 0.0523 0.9986 0.0524 19.0811
4° 0.0698 0.9976 0.0699 14.3007
5° 0.0872 0.9962 0.0875 11.4301
6° 0.1045 0.9945 0.1051 9.5144
7° 0.1219 0.9925 0.1228 8.1443
8° 0.1392 0.9903 0.1405 7.1154
9° 0.1564 0.9877 0.1584 6.3138
10° 0.1736 0.9848 0.1763 5.6713
11° 0.1908 0.9816 0.1944 5.1446
12° 0.2079 0.9781 0.2126 4.7046
13° 0.225 0.9744 0.2309 4.3315
14° 0.2419 0.9703 0.2493 4.0108
15° 0.2588 0.9659 0.2679 3.7321
16° 0.2756 0.9613 0.2867 3.4874
17° 0.2924 0.9563 0.3057 3.2709
18° 0.309 0.9511 0.3249 3.0777
19° 0.3256 0.9455 0.3443 2.9042
20° 0.342 0.9397 0.364 2.7475
21° 0.3584 0.9336 0.3839 2.6051
22° 0.3746 0.9272 0.404 2.4751
23° 0.3907 0.9205 0.4245 2.3559
24° 0.4067 0.9135 0.4452 2.246
25° 0.4226 0.9063 0.4663 2.1445
26° 0.4384 0.8988 0.4877 2.0503
27° 0.454 0.891 0.5095 1.9626
28° 0.4695 0.8829 0.5317 1.8807
29° 0.4848 0.8746 0.5543 1.804
30° 0.5 0.866 0.5774 1.7321
31° 0.515 0.8572 0.6009 1.6643
32° 0.5299 0.848 0.6249 1.6003
33° 0.5446 0.8387 0.6494 1.5399
34° 0.5592 0.829 0.6745 1.4826
35° 0.5736 0.8192 0.7002 1.4281
36° 0.5878 0.809 0.7265 1.3764
37° 0.6018 0.7986 0.7536 1.327
38° 0.6157 0.788 0.7813 1.2799
39° 0.6293 0.7771 0.8098 1.2349
40° 0.6428 0.766 0.8391 1.1918
41° 0.6561 0.7547 0.8693 1.1504
42° 0.6691 0.7431 0.9004 1.1106
43° 0.682 0.7314 0.9325 1.0724
44° 0.6947 0.7193 0.9657 1.0355
45° 0.7071 0.7071 1 1
α sinα cosα tgα ctgα
45° 0.7071 0.7071 1 1
46° 0.7193 0.6947 1.0355 0.9657
47° 0.7314 0.682 1.0724 0.9325
48° 0.7431 0.6691 1.1106 0.9004
49° 0.7547 0.6561 1.1504 0.8693
50° 0.766 0.6428 1.1918 0.8391
51° 0.7771 0.6293 1.2349 0.8098
52° 0.788 0.6157 1.2799 0.7813
53° 0.7986 0.6018 1.327 0.7536
54° 0.809 0.5878 1.3764 0.7265
55° 0.8192 0.5736 1.4281 0.7002
56° 0.829 0.5592 1.4826 0.6745
57° 0.8387 0.5446 1.5399 0.6494
58° 0.848 0.5299 1.6003 0.6249
59° 0.8572 0.515 1.6643 0.6009
60° 0.866 0.5 1.7321 0.5774
61° 0.8746 0.4848 1.804 0.5543
62° 0.8829 0.4695 1.8807 0.5317
63° 0.891 0.454 1.9626 0.5095
64° 0.8988 0.4384 2.0503 0.4877
65° 0.9063 0.4226 2.1445 0.4663
66° 0.9135 0.4067 2.246 0.4452
67° 0.9205 0.3907 2.3559 0.4245
68° 0.9272 0.3746 2.4751 0.404
69° 0.9336 0.3584 2.6051 0.3839
70° 0.9397 0.342 2.7475 0.364
71° 0.9455 0.3256 2.9042 0.3443
72° 0.9511 0.309 3.0777 0.3249
73° 0.9563 0.2924 3.2709 0.3057
74° 0.9613 0.2756 3.4874 0.2867
75° 0.9659 0.2588 3.7321 0.2679
76° 0.9703 0.2419 4.0108 0.2493
77° 0.9744 0.225 4.3315 0.2309
78° 0.9781 0.2079 4.7046 0.2126
79° 0.9816 0.1908 5.1446 0.1944
80° 0.9848 0.1736 5.6713 0.1763
81° 0.9877 0.1564 6.3138 0.1584
82° 0.9903 0.1392 7.1154 0.1405
83° 0.9925 0.1219 8.1443 0.1228
84° 0.9945 0.1045 9.5144 0.1051
85° 0.9962 0.0872 11.4301 0.0875
86° 0.9976 0.0698 14.3007 0.0699
87° 0.9986 0.0523 19.0811 0.0524
88° 0.9994 0.0349 28.6363 0.0349
89° 0.9998 0.0175 57.29 0.0175
90° 1 0 - 0
Tabela przybliżonych wartości funkcji trygonometrycznych
Zatem \[\sin (\operatorname{arcctg}{\Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)})\approx \sin 63^{\circ}\approx 0,9.\]
Rozwiązujemy równanie \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}.\)
\[ \begin{array}{l}
f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}\\
\operatorname{arcctg}{x}=\displaystyle\frac{\pi}{3}\\
x=\operatorname{ctg}{\displaystyle\frac{\pi}{3}}\\
x=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{3}.
\end{array}\]

 Odpowiedź

Wartością wyrażenia \(\sin (f^{-1}\Big( \displaystyle\frac{1}{2}\Big))\) jest \(\sin (\operatorname{arcctg}{\Big(\displaystyle\frac{1}{2} \Big)}),\) w przybliżeniu równe \(0,9.\) Rozwiązaniem równania \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{3}\) jest  liczba \(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{3}.\)

 Polecenie

Zapisz funkcję odwrotną do \(f(x)=\operatorname{tg}{x},\) gdzie \(x\in \left ( -\displaystyle\frac{\pi}{2};\displaystyle\frac{\pi}{2} \right ),\) przy użyciu funkcji cyklometrycznych. Naszkicuj wykres otrzymanej funkcji. Oblicz \(\sin  f^{-1}\Big( \sqrt{3}\Big)\) oraz rozwiąż równanie \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{6}.\)

 Odpowiedź

Wartością wyrażenia \(\sin (\operatorname{arctg}{\sqrt{3}})\) jest liczba \(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}.\)
Rozwiązaniem równania \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{6}\) jest liczba \(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{3}.\)
Wykres funkcji odwrotnej.
Wykres funkcji \(y=\operatorname{arctg}{x}\)
Wykres funkcji \(y=\operatorname{arctg}{x}\)

 Rozwiązanie

Funkcja \(y=\operatorname{tg}{x}\) jest różnowartościowa na przedziale \(\left (-\displaystyle\frac{\pi}{2};\displaystyle\frac{\pi}{2} \right),\) zatem istnieje funkcja odwrotna do niej.
Obliczamy wartość wyrażenia \(\sin (\operatorname{arctg}{\sqrt{3}}).\)
\[ \begin{array}{l}
\operatorname{arctg}{\sqrt{3}}=\alpha \\
\operatorname{tg}\alpha =\sqrt{3}\\
\alpha =\displaystyle\frac{\pi}{3}\\
\sin (\operatorname{arctg}{\sqrt{3}})=\sin \displaystyle\frac{\pi}{3}=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}.
\end{array}\]
Rozwiązujemy równanie \(f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{6}.\)
\[ \begin{array}{l}
f^{-1}(x)=\displaystyle\frac{\pi}{6}\\
\operatorname{arctg}{x}=\displaystyle\frac{\pi}{6}\\
x=\operatorname{tg}{\displaystyle\frac{\pi}{6}}\\
x=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{3}.
\end{array}\]

Wybierz jedną z czterech podanych odpowiedzi. Aby sprawdzić poprawność odpowiedzi kliknij przycisk "Sprawdź" lub na końcu "Sprawdź poprawność odpowiedzi".

Zadanie 1

Wyrażenie \(\sin \left [ 3\arccos \left ( -\displaystyle\frac{1}{\sqrt{2}} \right ) \right ]\) ma wartość

Zadanie 2

Rozwiązaniem równania \(\arcsin x=\arccos x\) jest liczba

Zadanie 3

Wybierz równanie nieprawdziwe

Zadanie 4

Wybierz równanie, które nie jest prawdziwe

Podsumowanie