Graf a vlastnosti funkcie kosínus
Autor: @hyperbola
Keď vieme, ako zistiť hodnoty funkcie kosínus na jednotkovej kružnici, môžeme body v radiánoch preniesť z jednotkovej kružnice na priamku - na os x v pravouhlej súradnicovej sústave. Hodnoty f(x) nanesieme na os y.
Táto funkcia sa nazýva aj kosínusoida. Je to vlastne sínusoida, len posunutá o ½π vľavo, čiže y = cos x je to isté ako y = sin (x + ½ π) . Teraz si určíme jej vlastnosti.
Definíčný obor
Df = R
Obor hodnôt
Hf = < -1; 1 >
Prostosť
Funkcia f nie je prostá, čiže nie je ani rýdzo monotónna. Z toho vyplýva, že k nej neexistuje inverzná funkcia.
Periodickosť
Ako sínusoida, aj kosínusoida je periodická a funkcia f má periódu p = 2π.
Parita
Funkcia nie je nepárna, ale je párna, teda platí, že cos (-x) = cos x.
Monotónnosť
Ako pri sínusoide, tiež sa musíme rozhodnúť, či ideme určovať monotónnosť pre celý definičný obor funkcie alebo len pre jednu periódu.
- Monotónnosť pre celý Df :
∀ x ⋲ < π + 2kπ; 2π + 2kπ >k ⋲ Z f rastie
∀ x ⋲ < 2kπ; π + 2kπ >k ⋲ Z f klesá - Ak x ⋲ <0; 2π>:
∀ x ⋲ < π; 2π > f rastie
∀ x ⋲ < 2kπ; 2π > f klesá
Priesečníky
- Priesečník s osou y má funkcia iba jeden -> Py = [0; 1]
- Priesečníkov s osou x má funkcia nekonečne veľa, čiže to zapíšeme pomocou periódy -> Px = [½π + 2π; 0].
Ohraničenosť
Funkcia f je ohraničená, zdola číslom d = -1 a zhora číslom h = 1.
Extrémy
Ako pri monotónnosti, aj pri extrémoch sa musíme rozhodnúť, či ich budeme určovať na celom Df alebo len vo vybranom intervale.
- Na celom definičnom obore funkcie určujeme extrémy pomocou periódy. Pre funkciu f ich zapíšeme ∃ MAX = [2kπ; -1]k ⋲ Z a ∃ MIN = [π + 2kπ; 1]k ⋲ Z.
- Ak x ⋲ <0; 2π>, tak periódu pri určovaní nepotrebujeme. Pre funkciu f ich zapíšeme ∃ MIN = [π; -1] a ∃ MAX = [2π; 1].
Zložená funkcia kosínus
Keďže kosínusoida je len posunutá sínusoida, amplitúda, frekvencia a posuny po osiach fungujú úplne rovnako. Ak ešte nepoznáš tieto pojmy, pozri tento link Hyperbola - graf a vlastnosti funkcie sínus .
Amplitúda
Na nasledujúcom obrázku si ukážeme funkcie f1: y = cos x a f2: y = 2cos x graficky znázornené.
Číslo, ktorým násobíme kosínus, môže byť aj záporné. Máme dve funkcie f1 : y = 2 cos x a f2 : y = -2 cos x. Tieto funkcie budú tiež navzájom opačné.
Frekvencia
Na obrázku sú funkcie f2: y = cos 2x má dvojnásobnú frekvenciu ako f1: y = cos x.
Ako si môžeme všimnúť, funkcia f1 má periódu 2π a funkcia f2 iba π. Týmto sme potvrdili, že funkcia f2 má dvojnásobnú frekvenciu ako f1.
Aj v tomto prípade môžeme x násobiť záporným číslom. Máme funkcie f1: y = cos 2x a f2: y = cos -2x. Tieto funkcie nebudú navzájom opačné, ale budú totožné. Dôvod je jednoduchý. Funkcia kosínus je párna, čiže platí, že cos x = cos (-x) a z toho vyplýva, že aj cos 2x = cos (-2x).
Posun po osiach súradnicovej sústavy
Funkciu môžeme posúvať zvislo podľa osi y alebo vodorovne podľa osi x.
Posun podľa osi y
Funkciu posúva po osi y číslo, ktoré pripočítame k celému predpisu funkcie. Napríklad funkcia f2: y = cos x + 2 je posunutá a 2 dieliky hore oproti funkcii f1: y = cos x. Ukážeme si to graficky znázornené na nasledujúcom obrázku.
Posun podľa osi x
Funkciu posúva po osi x číslo, ktoré pripočítame k x-u v kosínuse. Napríklad funkcia f2: y = cos (x + π) je posunutá o π dielikov doľava oproti funkcii f1: y = cos x. Ukážeme si to graficky znázornené na nasledujúcom obrázku.
Zhrnutie
Predpis funkcie kosínus je f: y = a cos (bx + d) + c; kde
- a určuje amplitúdu
- b určuje frekvenciu
- c posúva funkciu podľa osi y
- d posúva funkciu podľa osi x
Pozor!
Pri zložených funkciách musíme dávať pozor pri posunoch funkcie, ak máme zadanú inú frekvenicu ako 1. Napríklad, keď máme funkciu f: y = 2 cos (2x +π), tak ju doľava posúvame len o ½ π, nie o celé π.
Riešené príklady
Riešený príklad 1
Vyšetri funkciu f: y = -2 cos(2x) a načrtni jej graf.
Riešenie
Pri náčrte grafu si pomôžeme viacerými pomocnými funkciami.
f1: y = cos x
f2: y = -2cos(x)
f3 y = cos(2x)
Na záver pomocou týchto funkcií načtrneme graf funkcie f.
Vlastnosti:
Definičný obor: Df = R
Obor hodnôt: Hf = < -2; 2 >
Prostosť:
Funkcia f nie je prostá, čiže nie je rýdzo monotónna a z toho vyplýva, že nemá ani inverznú funkciu
Periodickosť:
Funkcia f je periodická; p = π, lebo na úseku 2π sa zopakuje 2-krát
Parita:
Funkcia f nie je nepárna, lebo nie je podľa bodu [0; 0].
Funkcia f je párna, lebo je súmerná ani podľa osi y.
Ohraničenosť a extrémy:
Funkcia f je ohraničená zdola číslom d = -2 a zhora číslom h = 2.
Extrémy na celom Df:
- minimum vieme určiť pomocou výpočtov a odčítania z grafu -> ∃ MIN = [πk; -2]k ⋲ Z
- maximum si vieme tiež odčítať z grafu -> ∃ MAX = [½π + kπ; 2]k ⋲ Z
Monotónnosť:
Ak x ⋲ <0; π >:
∀ x ⋲ < 0; ½π > f rastie
∀ x ⋲ < ½π; 2π > f klesá
Priesečníky:
Py je jednodúchý, je len jeden a vieme ho ľahko odčítať z grafu -> Py = [0; -2]
Px tiež vieme odčítať z grafu, ale ten už zapíšeme pomocou periódy -> Px = [¼π + ½πk; 0]k ⋲ Z
Odpoveď
- Df = R
- Hf = < -2; 2 >
- funkcia f nie je prostá => nemá inverznú funkciu
- je periodická; p = π
- f nie je nepárna
- f je párna
- f je ohraničená zdola číslom d = -2 a zhora číslom h = 2.
- ∃ MIN = [πk; -2]k ⋲ Z
- ∃ MAX = [½π + kπ; 2]k ⋲ Z
- Ak x ⋲ <0; π >:
- ∀ x ⋲ < 0; ½π > f rastie
- ∀ x ⋲ < ½π; 2π > f klesá
- Py = [0; -2]
- Px = [¼π + ½πk; 0]k ⋲ Z