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一类三角函数的周期性问题探究

2021-08-16周思宇湖南省长沙市周南中学410008

中学数学月刊 2021年8期
关键词:定义方法

周思宇 (湖南省长沙市周南中学 410008)

由于常值函数没有最小正周期,故本文所研究的函数都是定义在实数集上的连续非常值函数.

1 两周期函数之和的周期性

这里的T可以视为T1与T2的“公倍数”.公倍数与最小公倍数原是在自然数范围内考虑,这里借用这一名称是为了方便,现对其意义作一个说明:若干个实数的公倍数是指同时是其中每个数的整数倍的数,最小公倍数是公倍数中最小的一个正数.[2]

根据引理1我们可以知道,y=sinx+sin 2x是周期函数,2π是它的一个周期.

推论设f1(x),f2(x),…,fn(x)都是实数集M上的周期函数,T1,T2,…,Tn分别是它们的周期,若T1,T2,…,Tn中任意两个之比为有理数,则这n个函数的和(或差、积、商)也是M上的周期函数,周期是T1,T2,…,Tn的一个公倍数.

对于引理1与推论有三处需要说明:

(2)引理1只是对两个函数的和(或差、积、商)的周期性提出了一个充分条件.也就是说两个非周期函数或者一个周期函数与一个非周期函数的和(或差、积、商)也有可能是周期函数.例如,f1(x)=sinx+x与f2(x)=sinx-x都不是周期函数,但f1(x)+f2(x)是周期函数.

(3)如果引理1中T1,T2都是最小正周期,则T=pT2=qT1不一定是f1(x)与f2(x)的和(或差、积、商)的最小正周期.例如f1(x)= sin2x与f2(x)=cos2x的最小正周期为π,但sin2x+cos2x=1,不存在最小正周期.

从上面可以看出,函数的周期性以及最小正周期是一个很复杂的问题.这里我们把研究范围缩小到三角多项式函数,并给出一个判断周期性的充要条件.

2 三角多项式的周期性

加强引理1的条件,可以得到如下几个判断函数周期性的充要条件.

证明 (充分性)由引理……

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