题目
设(x)=arcsin (sin x) (1)证明(x)=arcsin (sin x)以(x)=arcsin (sin x)为周期;(2)求(x)=arcsin (sin x)在(x)=arcsin (sin x)上的多项式并作图.
设
(1)证明
以
为周期;
(2)求
在
上的多项式并作图.
题目解答
答案
(1)
因为对于定义域内的任意
,都有


所以
以
为周期
(2)
当
时,
当
时,
所以

解析
考查要点:
- 周期函数的证明:利用三角函数的周期性及反三角函数的性质,判断函数周期。
- 分段函数的构造:根据反三角函数的值域限制,结合三角函数的对称性,分区间表达函数形式。
解题核心思路:
- 周期性证明:通过验证$f(x + 2\pi) = f(x)$,结合$\sin x$的周期性及$\arcsin$的定义域限制。
- 分段表达式推导:在区间$[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$内,$\arcsin(\sin x) = x$;在区间$[\frac{\pi}{2}, \frac{3\pi}{2})$内,利用$\sin x = \sin(\pi - x)$并调整角度至$\arcsin$的值域范围内。
第(1)题
关键步骤:
- 代入周期定义:计算$f(x + 2\pi) = \arcsin(\sin(x + 2\pi))$。
- 利用$\sin$的周期性:$\sin(x + 2\pi) = \sin x$,因此$f(x + 2\pi) = \arcsin(\sin x) = f(x)$。
- 结论:$f(x)$的周期为$2\pi$。
第(2)题
分区间讨论:
- 当$x \in [-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$时:
- $\arcsin(\sin x) = x$(因$x$本身在$\arcsin$的值域内)。
- 当$x \in [\frac{\pi}{2}, \frac{3\pi}{2})$时:
- 利用$\sin x = \sin(\pi - x)$,且$\pi - x \in [-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$,故$\arcsin(\sin x) = \pi - x$。
最终表达式:
$f(x) =
\begin{cases} x, & -\dfrac{\pi}{2} \le x \le \dfrac{\pi}{2}, \\\pi - x, & \dfrac{\pi}{2} \le x < \dfrac{3\pi}{2}.\end{cases}$
图像特征:
- 在$[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$为斜率为1的直线。
- 在$[\frac{\pi}{2}, \frac{3\pi}{2})$为斜率为-1的直线,形成“V”型折线。