БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ТР)

,

,

.

Интегралы от рациональных комбинаций Т. ф. всегда являются элементарными функциями.

Все Т. ф. допускают разложение в степенные ряды . При этом функции sin x и cos x представляются рядами, сходящимися для всех значений х :

;

.

Эти ряды можно использовать для получения приближённых выражений sin x и cos x при малых значениях х :

а) , б) .

Тригонометрическая система 1, cos x , sin x , cos2 x , sin2 x , ¼, cos nx , sin nx , ¼, образует на отрезке [—p, p] ортогональную систему функций , что даёт возможность представления функций в виде тригонометрических рядов (см. Фурье ряд ).

Для комплексных значений аргумента значения Т. ф. могут быть определены посредством степенных рядов. Т. ф. комплексного аргумента связаны с показательной функцией формулой Эйлера:

.

Отсюда можно получить выражения для sin x и cos x через показательные функции чисто мнимого аргумента (которые также называют формулами Эйлера):

,

Эти формулы также могут быть использованы для определения значений cos z и sin z для комплексного z . Для чисто мнимых значений z = ix ( х — действительное) получаем:

, ,

где ch x и sh x — гиперболические косинус и синус (см. Гиперболические функции ). Наоборот,

, .

Синус и косинус комплексного аргумента могут принимать действительные значения, превосходящие 1 по абсолютной величине. Например:

.

Т. ф. комплексного аргумента являются аналитическими функциями, причём sin z и cos z — целые функции , а tg z , ctg z , sec z, cosec z — мероморфные функции . Полюсы tg z и sec z находятся в точках z = p/2 + p n , а ctg z и cosec z в точках z = p n ( n = 0, ± 1, ± 2, ¼). Аналитическая функция w = sin z осуществляет конформное отображение полуполосы —p < x < p, y > 0 плоскости z на плоскость w без отрезка действительной оси между точками —1 и +1. При этом семейства лучей х = x 0и отрезков y = y 0переходят соответственно в семейства софокусных гипербол и эллипсов. Вдвое более узкая полоса —p/2 < x < p/2 преобразуется в верхнюю полуплоскость.

Уравнение х = sin y определяет у как многозначную функцию от х . Эта функция является обратной по отношению к синусу и обозначается у = Arc sin x . Аналогично определяются функции, обратные по отношению к косинусу, тангенсу, котангенсу, секансу и косекансу: Arc cos x , Arc tg x , Arc ctg x , Arc sec x , Arc cosec x . Все эти функции называются обратными тригонометрическими функциями (в иностранной литературе иногда эти функции обозначаются sin —1z, cos —1z и т.д.).

Т. ф. возникли впервые в связи с исследованиями в астрономии и геометрии. Соотношения отрезков в треугольнике и окружности, являющиеся по существу Т. ф., встречаются уже в 3 в. до н. э. в работах математиков Древней Греции — Евклида, Архимеда, Аполлония Пергского и др. Однако эти соотношения не являются у них самостоятельным объектом исследования, так что Т. ф. как таковые ими не изучались. Т. ф. рассматривались первоначально как отрезки и в такой форме применялись Аристархом (конец 4 — 2-я половина 3 вв. до н. э.), Гиппархом (2 в. до н. э.), Менелаем (1 в. н. э.) и Птолемеем (2 в. н. э.) при решении сферических треугольников. Птолемей составил первую таблицу хорд для острых углов через 30' с точностью до 10 —6. Это была первая таблица синусов. Как отношение функция sin j встречается уже у Ариабхаты (конец 5 в.). Функции tg j и ctg j встречаются у аль-Баттани (2-я половина 9 — начало 10 вв.) и Абуль-Вефа (10 в.), который употребляет также sec j и cosec j. Ариабхата знал уже формулу (sin 2j + cos 2j) = 1, а также формулы (3), с помощью которых построил таблицы синусов для углов через 3°45'; исходя из известных значений Т. ф. для простейших аргументов . Бхаскара (12 в.) дал способ построения таблиц через 1 с помощью формул (2). Формулы (4) выводились Региомонтаном (15 в.) и Дж. Неперомв связи с изобретением последним логарифмов (1614). Региомонтан дал таблицу значений синуса через 1'. Разложение Т. ф. в степенные ряды получено И. Ньютоном (1669). В современную форму теорию Т. ф. привёл Л. Эйлер (18 в.). Ему принадлежат определение Т. ф. для действительного и комплексного аргументов, принятая ныне символика, установление связи с показательной функцией, ортогональности системы синусов и косинусов.

Лит.: Кочетков Е. С., Кочеткова Е. С., Алгебра и элементарные функции, ч. 1—2, М., 1966; Шабат Б. В., Введение в комплексный анализ, М., 1969, с. 61—65.

Рис. 2. Графики тригонометрических функций: 1 — синуса; 2 — косинуса; 3 — тангенса; 4 — котангенса; 5 — секанса; 6 — косеканса.

Рис. 1 к ст. Тригонометрические функции.