题目
下列各函数中哪些是周期函数?对于周期函数,指出其周期:(1) y=cos(x-2);(2) y=cos 4x;(3) y=1+sin pi x;(4) y=xcos x;(5) y=sin^2 x.
下列各函数中哪些是周期函数?对于周期函数,指出其周期: (1) $y=\cos(x-2)$; (2) $y=\cos 4x$; (3) $y=1+\sin \pi x$; (4) $y=xcos x$; (5) $y=\sin^2 x$.
题目解答
答案
我们来逐个分析这些函数是否是**周期函数**,并找出它们的**周期**(如果存在的话)。
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### (1) $ y = \cos(x - 2) $
**分析:**
这是一个**余弦函数**的平移形式,即 $ \cos(x - 2) $。
- 余弦函数 $ \cos x $ 是周期函数,周期为 $ 2\pi $。
- 函数 $ \cos(x - 2) $ 是将 $ \cos x $ 向右平移 2 个单位,**平移不改变周期性**。
**结论:**
- 是周期函数。
- 周期为 $ 2\pi $。
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### (2) $ y = \cos 4x $
**分析:**
- 原函数 $ \cos x $ 的周期是 $ 2\pi $。
- 当自变量被乘以 4,即 $ \cos 4x $,周期变为原来的 $ \frac{1}{4} $。
$$
\text{周期} = \frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2}
$$
**结论:**
- 是周期函数。
- 周期为 $ \frac{\pi}{2} $。
---
### (3) $ y = 1 + \sin \pi x $
**分析:**
- $ \sin \pi x $ 是正弦函数,周期为 $ \frac{2\pi}{\pi} = 2 $。
- 加上常数 1 不改变周期性。
**结论:**
- 是周期函数。
- 周期为 $ 2 $。
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### (4) $ y = x \cos x $
**分析:**
- $ \cos x $ 是周期函数,但乘以 $ x $ 后,函数变为 $ x \cos x $。
- $ x \cos x $ **不是周期函数**,因为随着 $ x $ 增大,函数值不断变化,没有重复模式。
**结论:**
- **不是周期函数。**
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### (5) $ y = \sin^2 x $
**分析:**
- $ \sin^2 x $ 是 $ \sin x $ 的平方。
- $ \sin x $ 的周期是 $ 2\pi $,但平方后周期会**缩短为 $ \pi $**,因为:
$$
\sin^2(x + \pi) = (\sin(x + \pi))^2 = (-\sin x)^2 = \sin^2 x
$$
**结论:**
- 是周期函数。
- 周期为 $ \pi $。
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### ✅ 总结:
| 编号 | 函数表达式 | 是否周期函数 | 周期 |
|------|------------------|---------------|-----------|
| (1) | $ \cos(x - 2) $ | 是 | $ 2\pi $ |
| (2) | $ \cos 4x $ | 是 | $ \frac{\pi}{2} $ |
| (3) | $ 1 + \sin \pi x $ | 是 | $ 2 $ |
| (4) | $ x \cos x $ | 否 | 无 |
| (5) | $ \sin^2 x $ | 是 | $ \pi $ |
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**最终答案:**
周期函数是:(1)、(2)、(3)、(5)。
周期分别为:
- (1):$ \boxed{2\pi} $
- (2):$ \boxed{\frac{\pi}{2}} $
- (3):$ \boxed{2} $
- (5):$ \boxed{\pi} $
(4) 不是周期函数。
解析
周期函数的判断核心在于是否存在正数$T$,使得对定义域内任意$x$,都有$f(x + T) = f(x)$。解题时需注意:
- 基本三角函数(如$\sin x$、$\cos x$)的周期为$2\pi$;
- 自变量系数影响周期:形如$\sin(kx)$或$\cos(kx)$的周期为$\frac{2\pi}{|k|}$;
- 平移、叠加常数不改变周期性;
- 平方可能缩短周期(如$\sin^2 x$的周期为$\pi$);
- 非周期函数与周期函数的乘积通常不是周期函数(如$x\cos x$)。
第(1)题:$y = \cos(x - 2)$
判断周期性
$\cos(x - 2)$是$\cos x$向右平移2个单位的结果,平移不改变周期。
确定周期
原函数$\cos x$的周期为$2\pi$,因此该函数周期仍为$2\pi$。
第(2)题:$y = \cos 4x$
分析自变量系数
$\cos 4x$中自变量系数为4,周期为$\frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2}$。
第(3)题:$y = 1 + \sin \pi x$
分析正弦函数部分
$\sin \pi x$的周期为$\frac{2\pi}{\pi} = 2$,叠加常数1不改变周期性。
第(4)题:$y = x \cos x$
分析乘积形式
$\cos x$是周期函数,但乘以非周期函数$x$后,函数值随$x$增大而发散,无法形成重复模式,因此不是周期函数。
第(5)题:$y = \sin^2 x$
化简表达式
利用恒等式$\sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2}$,周期为$\frac{2\pi}{2} = \pi$。