微積分之三角函數

2021-01-14 J胖

前幾天看見知乎上有個話題:高中數學學那麼多三角函數的公式到底有什麼用?很多大神給了很多很完美的答案,各種圖,各種理論進行證明三角函數的重要性。有一條點讚數為零的評論:能讓你在今年全國卷中拿到一大兩小題共計22分。小編個人認為是現階段的我們最能感同身受的。

 

分數重要嗎?很重要!!!分數可以把那些不會的刷下去。會的上大學,不會的淘汰。學校的各種細枝末節的知識,無非是篩選出一批又聰明又努力的人。去接受頂尖教育的集中資源。背後實際上是國內教育資源缺乏以及高校分布不平均的現實(社會構成中的頂級人才並不多,主要需要的是流水線工人)。所以你當你經常抱怨這個知識能有啥用的時候,你已經半條腿跨進了工廠流水線。

 

 

起源:

三角函數起源於古希臘,那時候三角函數還不是現代的三角函數,是球面三角學。提出這個概念是為了方便古希臘人的幾何研究。


發展:

後來三角函數傳入古印度,再傳入阿拉伯,傳入歐洲,每次都有些進步,但是傳入歐洲時距離三角函數最初出現已經過了一千多年了。此時才有一些精確的弦值表,基本的理論證明還沒有完全完善。


完善:

近現代,數學大佬們覺得三角函數是個好東西。泰勒展開的發現,傅立葉級數的發現(三角級數),直到這個時候,三角函數才能稱為三角函數,不僅有理論證明,還有生活中的實用性。由於此時的三角函數比起一千多前已經實用了太多,並且物理大佬們也有了一些基本的物理理論:簡諧振動,電磁波等等。所以現代數學將三角函數列為重要理論之一。


留考階段的我們需要掌握的三角函數知識並不難。靈活運用公式可以讓我們思路更加清晰。J胖今天就帶你瞧一瞧三角函數在留考積分中的應用吧!




(留考常見,難度也比較一般)

關於sin^2x的積分,只需要熟練記住二倍角公式,和簡單微積分(cos2x積分為1/2sinx)




所以遇到四次方的題,只用將兩次方再平方即可




(難度偏低,死記容易出錯)  

關於1/cos^2x的積分,我們往往都是根據教科書上死記。我們可以通過tanx的微分來加強記性



真正麻煩的是關於1/sin^2x的積分,直接換元很明顯解決不了問題,所以思路就在於如何把sinx變成cosx。利用三角函數誘導公式的性質(比較簡單不多說了)我們令(x=π/2-θ)將式子代入便可得到關於cosx的式子,因為用了換元法,注意積分符號上下區間!




(難度中上,留考少見,二倍角的熟練運用)

關於帶根號的式子,第一個想法便是整理出帶平方的式子,於是理所當然就想到了二倍角。所以不難發現解題的竅門就在於對數學符號的敏感。




(難度一般,留考常見,容易遺忘的公式:積化和差,和差化積)

拿到這道題,會的人瞬間解出答案,不會的人,抓破腦袋也寫不出來,積化和差公式可以通過加法定理整理出來。小標1和小標2相加減。得出乘積的形式。




上學的時候,總是聽到有人說:國外人不重視計算,更在意的是原理和思想。記住原理就好了呀,公式上網查查不就好了?關於這一說法,小編個人覺得很荒謬。數學思想固然重要,但是數學的思想從來不和具體的計算相互脫離。我認為很多數學思想本身就可以通過計算表達出來,所以計算能力體現的就是數學能力。你又想要領會數學思想,卻不想掌握計算方法,這就等於上戰場不帶武器還想活下去,懶惰中產生的幻想。一個人如果無法領會計算的美感,也是一種遺憾。




三角函數從圖像到公式,從值域定義域到級數,從數學到物理,經過了兩千多年,它才有了今天的模樣。古人以樹枝代筆,在黃土地上畫出美妙的圖形。到如今,也許是一個明媚的下午,教授在黑板上用粉筆寫下了密密麻麻的公式,勤奮的學生們用鉛筆在本子上細細的整理。可能數學的魅力就在這其中吧。



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    歐拉對微積分的發展所做的劃時代貢獻值得大書特書。自從牛頓和布萊尼茲 創立微積分之後,很快出現了許多毫無聯繫的數學成果有待整理。該著作被公認為是現代三角學研究的開端,例如 從運動變化角度定義三角函數就始於該著作。該著作很自然被列為世界數學名著。歐拉的一生都在研究幾何、微分以及函數等領域知識中度過。在整理前人研究內容的基礎上,還先後發表了自己的研究文章,從中對於函數進行了比較系統的研究和探討,由此發現了函數的新解釋,並且給出了新的概念和定義。