Vieglā veidā vizualizējiet sinusa, kosinusa un tangenta funkcijas ar regulējamiem amplitūdas, frekvences un fāzes nobīdes parametriem šajā interaktīvajā grafikā.
Trigonometrisko funkciju grafiks ir būtisks rīks, lai vizualizētu sinusu, kosinusu, tangentu un citas trigonometriskās funkcijas. Šis interaktīvais grafiks ļauj jums uzzīmēt standarta trigonometriskās funkcijas ar pielāgojamiem parametriem, palīdzot saprast pamata raksturlielumus un uzvedību šīm svarīgajām matemātiskajām attiecībām. Neatkarīgi no tā, vai esat students, kas māca trigonometriju, skolotājs, kas māca matemātiskos jēdzienus, vai profesionālis, kas strādā ar periodiskām parādībām, šis vienkāršais grafiku rīks nodrošina skaidru vizuālo attēlojumu trigonometriskajām funkcijām.
Mūsu vienkāršais trigonometrisko funkciju grafiks koncentrējas uz trim galvenajām trigonometriskajām funkcijām: sinus, kosinus un tangens. Jūs varat viegli pielāgot parametrus, piemēram, amplitūdu, frekvenci un fāzes nobīdi, lai izpētītu, kā šīs izmaiņas ietekmē rezultātu grafiku. Intuitīvā saskarne padara to pieejamu lietotājiem visos līmeņos, sākot no iesācējiem līdz progresīviem matemātiķiem.
Trigonometriskās funkcijas ir pamata matemātiskās attiecības, kas apraksta taisnstūra trijstūra malu attiecības vai leņķa un punkta uz vienības apļa attiecību. Šīs funkcijas ir periodiskas, kas nozīmē, ka tās atkārto savas vērtības regulāros intervālos, kas padara tās īpaši noderīgas ciklisku parādību modelēšanai.
Sinusa funkcija, ko apzīmē kā , attēlo pretējās malas attiecību pret hipotenūzu taisnstūra trijstūrī. Uz vienības apļa tā attēlo y-koordinātu punktam uz apļa pie leņķa x.
Standarta sinusa funkcija ir šādā formā:
Tās galvenās īpašības ir:
Kosinusa funkcija, ko apzīmē kā , attēlo blakus malas attiecību pret hipotenūzu taisnstūra trijstūrī. Uz vienības apļa tā attēlo x-koordinātu punktam uz apļa pie leņķa x.
Standarta kosinusa funkcija ir šādā formā:
Tās galvenās īpašības ir:
Tangenta funkcija, ko apzīmē kā , attēlo pretējās malas attiecību pret blakus malu taisnstūra trijstūrī. To var arī definēt kā sinusa un kosinusa attiecību.
Standarta tangenta funkcija ir šādā formā:
Tās galvenās īpašības ir:
Jūs varat modificēt pamata trigonometriskās funkcijas, pielāgojot parametrus, piemēram, amplitūdu, frekvenci un fāzes nobīdi. Vispārīgā forma ir:
Kur:
Līdzīgas izmaiņas attiecas uz kosinusa un tangenta funkcijām.
Mūsu vienkāršais trigonometrisko funkciju grafiks nodrošina intuitīvu saskarni trigonometrisko funkciju vizualizēšanai. Izpildiet šīs darbības, lai izveidotu un pielāgotu savus grafikus:
Izvēlieties funkciju: Izvēlieties no sinusa (sin), kosinusa (cos) vai tangenta (tan), izmantojot nolaižamo izvēlni.
Pielāgojiet parametrus:
Skatiet grafiku: Grafiks tiek atjaunināts reāllaikā, kad jūs pielāgojat parametrus, parādot skaidru jūsu izvēlētās funkcijas vizualizāciju.
Analizējiet galvenos punktus: Novērojiet, kā funkcija uzvedas kritiskajos punktos, piemēram, x = 0, π/2, π utt.
Kopējiet formulu: Izmantojiet kopēšanas pogu, lai saglabātu pašreizējās funkcijas formulu atsaucei vai izmantošanai citās lietojumprogrammās.
Trigonometrisko funkciju grafiks izmanto šādas formulas, lai aprēķinātu un attēlotu grafikus:
Kur:
Kur:
Kur:
Sinusa funkcijai ar amplitūdu = 2, frekvenci = 3 un fāzes nobīdi = π/4:
Lai aprēķinātu vērtību pie x = π/6:
Trigonometriskās funkcijas ir neskaitāmu pielietojumu avots dažādās jomās. Šeit ir daži izplatīti izmantošanas gadījumi mūsu trigonometrisko funkciju grafikā:
Skaņas viļņus var modelēt, izmantojot sinusa funkcijas. Tīrā tonī ar frekvenci f (Hz) gaisa spiediens p laikā t var tikt attēlots kā:
Izmantojot mūsu grafiku, jūs varētu iestatīt:
Lai gan mūsu vienkāršais trigonometrisko funkciju grafiks koncentrējas uz pamata funkcijām un to modificācijām, ir alternatīvi pieejas un rīki līdzīgiem uzdevumiem:
Profesionālie grafiku kalkulatori un programmatūras, piemēram, Desmos, GeoGebra vai Mathematica, piedāvā vairāk funkciju, tostarp:
Sarežģītākām periodiskām funkcijām Fourier sērijas dekompozīcija izsaka tās kā sinusa un kosinusa terminu summas:
Šī pieeja ir īpaši noderīga:
Elektronikas inženierijā sinusoidālās funkcijas bieži tiek attēlotas kā fāzori (griezoši vektori), lai atvieglotu aprēķinus, kas saistīti ar fāzes atšķirībām.
Iespēja | Vienkāršais trigonometrisko grafiks | Progresīvie kalkulatori | Fourier analīze | Fāzoru metode |
---|---|---|---|---|
Lietošanas vieglums | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ |
Vizuālā skaidrība | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ |
Matemātiskā jauda | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
Mācīšanās līkne | Minimāla | Mērena | Stipra | Mērena |
Labāk piemērots | Pamata izpratnei | Detalizētai analīzei | Sarežģītām shēmām | AC ķēdēm |
Trigonometrisko funkciju attīstība un to grafiskā attēlošana ir tūkstošiem gadu ilga, attīstoties no praktiskām vajadzībām līdz sarežģītai matemātiskai teorijai.
Trigonometrija sākās ar praktiskajām vajadzībām astronomijā, navigācijā un zemes mērīšanā senajās civilizācijās:
Trigonometrisko funkciju vizualizācija kā nepārtraukti grafiki ir salīdzinoši nesena attīstība:
Trigonometriskās funkcijas ir matemātiskas funkcijas, kas saista trijstūra leņķus ar malu attiecībām. Galvenās trigonometriskās funkcijas ir sinuss, kosinuss un tangents, ar to atvasinājumiem, kas ir kosekants, sekants un kotangents. Šīs funkcijas ir pamata matemātikā un tām ir neskaitāmas pielietojuma jomas fizikā, inženierijā un citās jomās.
Trigonometrisko funkciju vizualizācija palīdz saprast to uzvedību, periodiskumu un galvenās iezīmes. Grafiki atvieglo rakstu, nulles, maksimumu, minimumu un asimptotu identificēšanu. Šī vizuālā izpratne ir būtiska viļņu analīzē, signālu apstrādē un periodisku parādību modelēšanā.
Amplitūdas parametrs kontrolē grafika augstumu. Sinusa un kosinusa gadījumā tas nosaka, cik tālu līkne izstiepjas virs un zem x-ass. Lielāka amplitūda rada augstākas virsotnes un dziļākas ielejas. Piemēram, būs virsotnes pie y=2 un ielejas pie y=-2, salīdzinot ar standarta , kur virsotnes ir pie y=1 un ielejas pie y=-1.
Frekvences parametrs nosaka, cik daudz ciklu funkcija veic noteiktā intervālā. Augstākas frekvences vērtības kompresē grafiku horizontāli, radot vairāk ciklu. Piemēram, pabeidz divus pilnus ciklus intervālā , kamēr pabeidz tikai vienu ciklu tajā pašā intervālā.
Fāzes nobīdes parametrs pārvieto grafiku horizontāli. Pozitīva fāzes nobīde pārvieto grafiku pa kreisi, kamēr negatīva fāzes nobīde pārvieto to pa labi. Piemēram, nobīda standarta sinusa līkni pa kreisi par vienībām, efektīvi padarot to līdzīgu kosinusa līknei.
Vertikālās līnijas tangenta funkcijas grafikā attēlo asimptotes, kas rodas punktos, kur funkcija nav definēta. Matemātiski tangents tiek definēts kā , tādēļ pie vērtībām, kur (piemēram, utt.), tangenta funkcija tuvojas bezgalībai, radot šīs vertikālās asimptotes.
Radiāni un grādi ir divi veidi, kā izmērīt leņķus. Pilna apļa ir 360 grādi vai radiāni. Radiāni bieži tiek priekšroka matemātiskajā analīzē, jo tie vienkāršo daudzas formulas. Mūsu grafiks izmanto radiānus x-ass vērtībām, kur apmēram ir 3.14159.
Mūsu vienkāršais trigonometrisko funkciju grafiks koncentrējas uz skaidrību un lietošanas vieglumu, tāpēc tas attēlo vienu funkciju vienlaikus. Tas palīdz iesācējiem saprast katras funkcijas uzvedību bez neskaidrībām. Salīdzināšanai starp vairākām funkcijām, jūs varētu vēlēties izmantot progresīvākus grafiku rīkus, piemēram, Desmos vai GeoGebra.
Grafiks izmanto standarta JavaScript matemātiskās funkcijas un D3.js vizualizācijai, nodrošinot pietiekamu precizitāti izglītības un vispārējai lietošanai. Ļoti precīzām zinātniskām vai inženierijas lietojumprogrammām var būt piemērotāka specializēta programmatūra.
Pašlaik jūs varat kopēt funkcijas formulu, izmantojot "Kopēt" pogu. Lai gan tieša attēla saglabāšana nav ieviesta, jūs varat izmantot ierīces ekrānuzņēmuma funkcionalitāti, lai saglabātu un kopīgotu grafiku.
Šeit ir piemēri dažādās programmēšanas valodās, kas demonstrē, kā aprēķināt un strādāt ar trigonometriskajām funkcijām:
1// JavaScript piemērs sinusa funkcijas aprēķināšanai un zīmēšanai
2function calculateSinePoints(amplitude, frequency, phaseShift, start, end, steps) {
3 const points = [];
4 const stepSize = (end - start) / steps;
5
6 for (let i = 0; i <= steps; i++) {
7 const x = start + i * stepSize;
8 const y = amplitude * Math.sin(frequency * x + phaseShift);
9 points.push({ x, y });
10 }
11
12 return points;
13}
14
15// Piemēra izmantošana:
16const sinePoints = calculateSinePoints(2, 3, Math.PI/4, -Math.PI, Math.PI, 100);
17console.log(sinePoints);
18
1# Python piemērs ar matplotlib trigonometrisko funkciju vizualizēšanai
2import numpy as np
3import matplotlib.pyplot as plt
4
5def plot_trig_function(func_type, amplitude, frequency, phase_shift):
6 # Izveidojiet x vērtības
7 x = np.linspace(-2*np.pi, 2*np.pi, 1000)
8
9 # Aprēķiniet y vērtības atkarībā no funkcijas veida
10 if func_type == 'sin':
11 y = amplitude * np.sin(frequency * x + phase_shift)
12 title = f"f(x) = {amplitude} sin({frequency}x + {phase_shift})"
13 elif func_type == 'cos':
14 y = amplitude * np.cos(frequency * x + phase_shift)
15 title = f"f(x) = {amplitude} cos({frequency}x + {phase_shift})"
16 elif func_type == 'tan':
17 y = amplitude * np.tan(frequency * x + phase_shift)
18 # Filtrējiet bezgalības vērtības labākai vizualizācijai
19 y = np.where(np.abs(y) > 10, np.nan, y)
20 title = f"f(x) = {amplitude} tan({frequency}x + {phase_shift})"
21
22 # Izveidojiet grafiku
23 plt.figure(figsize=(10, 6))
24 plt.plot(x, y)
25 plt.grid(True)
26 plt.axhline(y=0, color='k', linestyle='-', alpha=0.3)
27 plt.axvline(x=0, color='k', linestyle='-', alpha=0.3)
28 plt.title(title)
29 plt.xlabel('x')
30 plt.ylabel('f(x)')
31
32 # Pievienojiet īpašos punktus x-ass
33 special_points = [-2*np.pi, -3*np.pi/2, -np.pi, -np.pi/2, 0, np.pi/2, np.pi, 3*np.pi/2, 2*np.pi]
34 special_labels = ['-2π', '-3π/2', '-π', '-π/2', '0', 'π/2', 'π', '3π/2', '2π']
35 plt.xticks(special_points, special_labels)
36
37 plt.ylim(-5, 5) # Ierobežojiet y-ass labākai vizualizācijai
38 plt.show()
39
40# Piemēra izmantošana:
41plot_trig_function('sin', 2, 1, 0) # Zīmēt f(x) = 2 sin(x)
42
1// Java piemērs trigonometrisko vērtību aprēķināšanai
2import java.util.ArrayList;
3import java.util.List;
4
5public class TrigonometricCalculator {
6
7 public static class Point {
8 public double x;
9 public double y;
10
11 public Point(double x, double y) {
12 this.x = x;
13 this.y = y;
14 }
15
16 @Override
17 public String toString() {
18 return "(" + x + ", " + y + ")";
19 }
20 }
21
22 public static List<Point> calculateCosinePoints(
23 double amplitude,
24 double frequency,
25 double phaseShift,
26 double start,
27 double end,
28 int steps) {
29
30 List<Point> points = new ArrayList<>();
31 double stepSize = (end - start) / steps;
32
33 for (int i = 0; i <= steps; i++) {
34 double x = start + i * stepSize;
35 double y = amplitude * Math.cos(frequency * x + phaseShift);
36 points.add(new Point(x, y));
37 }
38
39 return points;
40 }
41
42 public static void main(String[] args) {
43 // Aprēķināt punktus f(x) = 2 cos(3x + π/4)
44 List<Point> cosinePoints = calculateCosinePoints(
45 2.0, // amplitūda
46 3.0, // frekvence
47 Math.PI/4, // fāzes nobīde
48 -Math.PI, // sākums
49 Math.PI, // beigas
50 100 // soļi
51 );
52
53 // Izdrukāt pirmos dažus punktus
54 System.out.println("Pirmie 5 punkti f(x) = 2 cos(3x + π/4):");
55 for (int i = 0; i < 5 && i < cosinePoints.size(); i++) {
56 System.out.println(cosinePoints.get(i));
57 }
58 }
59}
60
1' Excel VBA funkcija sinusa vērtību aprēķināšanai
2Function SineValue(x As Double, amplitude As Double, frequency As Double, phaseShift As Double) As Double
3 SineValue = amplitude * Sin(frequency * x + phaseShift)
4End Function
5
6' Excel formula sinusa funkcijai (šūnā)
7' =A2*SIN(B2*C2+D2)
8' Kur A2 ir amplitūda, B2 ir frekvence, C2 ir x vērtība un D2 ir fāzes nobīde
9
1// C īstenojums tangenta funkcijas vērtību aprēķināšanai
2#include <stdio.h>
3#include <math.h>
4
5// Funkcija, lai aprēķinātu tangentu ar parametriem
6double parameterizedTangent(double x, double amplitude, double frequency, double phaseShift) {
7 double angle = frequency * x + phaseShift;
8
9 // Pārbaudiet nedefinētos punktus (kur cos = 0)
10 double cosValue = cos(angle);
11 if (fabs(cosValue) < 1e-10) {
12 return NAN; // Nav skaitļa nedefinētiem punktiem
13 }
14
15 return amplitude * tan(angle);
16}
17
18int main() {
19 double amplitude = 1.0;
20 double frequency = 2.0;
21 double phaseShift = 0.0;
22
23 printf("x\t\tf(x) = %g tan(%gx + %g)\n", amplitude, frequency, phaseShift);
24 printf("----------------------------------------\n");
25
26 // Izdrukāt vērtības no -π līdz π
27 for (double x = -M_PI; x <= M_PI; x += M_PI/8) {
28 double y = parameterizedTangent(x, amplitude, frequency, phaseShift);
29
30 if (isnan(y)) {
31 printf("%g\t\tNeapstiprināts (asimptote)\n", x);
32 } else {
33 printf("%g\t\t%g\n", x, y);
34 }
35 }
36
37 return 0;
38}
39
Abramowitz, M. un Stegun, I. A. (red.) "Matemātisko funkciju rokasgrāmata ar formulām, grafikiem un matemātiskām tabulām," 9. izdevums. Ņujorka: Dover, 1972.
Gelfand, I. M., un Fomin, S. V. "Variāciju kalkulācija." Courier Corporation, 2000.
Kreyszig, E. "Augstākā inženierzinātņu matemātika," 10. izdevums. John Wiley & Sons, 2011.
Bostock, M., Ogievetsky, V., un Heer, J. "D3: Datu vadīti dokumenti." IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 17(12), 2301-2309, 2011. https://d3js.org/
"Trigonometriskās funkcijas." Khan Academy, https://www.khanacademy.org/math/trigonometry/trigonometry-right-triangles/intro-to-the-trig-ratios/a/trigonometric-functions. Piekļuve 2023. gada 3. augustā.
"Trigonometrijas vēsture." MacTutor matemātikas vēstures arhīvs, Sv. Endrjū universitāte, Skotija. https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/HistTopics/Trigonometric_functions/. Piekļuve 2023. gada 3. augustā.
Maor, E. "Trigonometriskās prieka." Prinstonas universitātes preses, 2013.
Vizualizējiet trigonometrisko funkciju skaistumu un jaudu ar mūsu vienkāršo, intuitīvo grafiku. Pielāgojiet parametrus reāllaikā, lai redzētu, kā tie ietekmē grafiku, un padziļinātu savu izpratni par šīm pamata matemātiskajām attiecībām. Neatkarīgi no tā, vai jūs mācāties eksāmenam, mācat klasi vai vienkārši izpētāt fascinējošo matemātikas pasauli, mūsu trigonometrisko funkciju grafiks sniedz skaidru logu uz sinusa, kosinusa un tangenta funkciju uzvedību.
Sāciet grafēt tagad un atklājiet rakstus, kas savieno matemātiku ar mūsu dabas pasaules ritmiem!
Atklājiet vairāk rīku, kas varētu būt noderīgi jūsu darbplūsmai