6. Derivator av trigonometriska funktioner
Fortsätt till nästa lektion
Lektion
Övningar
Tester
Kapitel 5
6. 

Derivator av trigonometriska funktioner

Innehållet handlar om derivator av trigonometriska funktioner, vilket är viktigt för att förstå hur olika fenomen, såsom ljudvågor, som förändras över tid. Det förklaras hur man kan härleda derivatans regel för sin(x) och använda den för att bestämma derivatan av cos(x). Vidare diskuteras hur man kan härleda derivatan av tan(x) med hjälp av deriveringsreglerna för sinus och cosinus. Sidan förklarar också hur man kan omvandla cos(x) till en förskjuten sinusfunktion och sedan använda kedjeregeln för att härleda dess derivata.
Visa mer expand_more
Begrepp Modellering Problemlösning Procedur Resonemang och Kommunikation
Inställningar & verktyg för lektion
5 sidor teori
13 Uppgifter - Nivå 1 - 3
Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet.
Derivator av trigonometriska funktioner
Sida av 5
Många verkliga fenomen, t.ex. ljudvågor, kan modelleras med trigonometriska funktioner. Deras derivator är därför viktiga för att avgöra hur dessa fenomen förändras vid olika tidpunkter. Deriveringsregeln för sin(x) kan härledas med derivatans definition och sedan användas för att bestämma derivatan av cos(x). Härledningen för derivatan av tan(x) kan i sin tur göras med hjälp av deriveringsreglerna för sinus och cosinus.
Bevis

Derivatan av sin(x)

När man deriverar sin(x) får man en annan trigonometrisk funktion, cos(x).

Härledning

D(sin(x))=cos(x)
För att härleda derivatan används derivatans definition: f'(x)=lim _(h→ 0)f(x+h)-f(x)/h. Eftersom f(x) i det här fallet är sin(x) är f(x+h)=sin(x+h). När man har ställt upp gränsvärdet kan man använda additionsformeln för sinus för att utveckla täljaren.
f'(x)=lim _(h→ 0)f(x+h)-f(x)/h
f'(x)=lim _(h→ 0)sin(x+h)-sin(x)/h
f'(x)=lim _(h→ 0)sin(x)cos(h)+cos(x)sin(h)-sin(x)/h
f'(x)=lim _(h→ 0)sin(x)cos(h)-sin(x)+cos(x)sin(h)/h
f'(x)=lim _(h→ 0)sin(x)(cos(h)-1)+cos(x)sin(h)/h
f'(x)=lim _(h→ 0)(sin(x)(cos(h)-1)/h+cos(x)sin(h)/h)
f'(x)=lim _(h→ 0)sin(x)(cos(h)-1)/h+lim _(h→ 0)cos(x)sin(h)/h
I gränsvärdena finns nu både sin(x) och cos(x). Dessa förändras inte när h går mot 0 så de kan flyttas ut utanför gränsvärdena. &lim _(h→ 0)sin(x)(cos(h)-1)/h+lim _(h→ 0)cos(x)sin(h)/h= &sin(x)lim _(h→ 0)(cos(h)-1)/h+cos(x)lim _(h→ 0)sin(h)/h Nu har man två gränsvärden kvar och i dessa finns cos(h), sin(h) och h. Man kan undersöka gränsvärdena numeriskt genom att sätta in mindre och mindre h. Men ska räknaren vara inställd på grader eller radianer? För att kunna avgöra det undersöks båda.
h (grader) 0.1 0.01 0.001 → 0
cos(h)-1/h ~ -0.000015 ~- 0.0000015 ~-0.00000015 → 0
sin(h)/h ~0.0174532837 ~0.0174532924 ~0.0174532925 → ~0.0174532925
h (radianer) 0.1 0.01 0.001 → 0
cos(h)-1/h ~ -0.0499583472 ~- 0.0049999583 ~-0.00049999996 → 0
sin(h)/h ~0.9983341665 ~0.9999833334 ~0.9999998333 → 1

Man får olika gränsvärden beroende på om h anges i grader eller radianer. Om vinkeln är i grader får man deriveringsregeln D(sin(x))≈sin(x)* 0+cos(x)* 0.0174532925=0.0174532925cos(x) och om vinkeln anges i radianer får man istället regeln D(sin(x))=sin(x)* 0+cos(x)* 1=cos(x). Eftersom derivatan är enklare om vinkeln uttrycks i radianer är det nästan uteslutande deriveringsregeln D(sin(x))=cos(x) som används. Kom ihåg att vinklarna då alltid måste anges i radianer.

Bevis

Derivatan av cos(x)

Deriverar man cos(x) får man sinusfunktionen -sin(x). Man kan bevisa detta t.ex. genom att skriva om cos(x) som en förskjuten sinusfunktion och sedan använda kedjeregeln.

Härledning

D(cos(x))=- sin(x)
Till att börja med kan man göra omskrivningen cos(x)=sin(x+ π2). Denna sinusfunktion kan deriveras med hjälp av kedjeregeln, där yttre funktionen är y=sin(u) och inre funktionen u=x+ π2. Den yttre derivatan bestäms med deriveringsregeln för sin(x).
D(cos(x))=D(sin(x+π/2))
D(cos(x))=cos(x+π/2)* D(x+π/2)
D(cos(x))=cos(x+π/2)* (D(x)+D(π/2))
D(cos(x))=cos(x+π/2)* D(x)
D(cos(x))=cos(x+π/2)
Med det trigonometriska sambandet cos(x+π/2) = - sin(x) får man till sist deriveringsregeln D(cos(x)) = - sin(x).
Bevis

Derivatan av tan(x)

Om man deriverar tan(x) får man 1cos^2(x). Detta går att bevisa med kvotregeln om man skriver tan(x) som kvoten av sin(x) och cos(x).

Härledning

D(tan(x))=1/cos^2(x)
När man gjort omskrivningen tan(x)=sin(x)/cos(x) kan man använda kvotregeln för att derivera.
D(tan(x))=D(sin(x)/cos(x))
D(tan(x))=D(sin(x))*cos(x)-sin(x)* D(cos(x))/cos^2(x)
D(tan(x))=cos(x)*cos(x)-sin(x)* D(cos(x))/cos^2(x)
D(tan(x))=cos(x)*cos(x)-sin(x)* (-sin(x))/cos^2(x)
D(tan(x))=cos(x)*cos(x)+sin(x)*sin(x)/cos^2(x)
D(tan(x))=cos^2(x)+sin^2(x)/cos^2(x)
D(tan(x))=1/cos^2(x)
Nu ser man att derivatan av tan(x) är 1cos^2(x).

Exempel

Använd deriveringsreglerna för trigonometriska funktioner

fullscreen

Bestäm f'(π) givet att f(x)=sin(tan(x))+sin(2x).

Visa Lösning expand_more
Vi börjar med att derivera funktionen. Båda termerna är sammansatta funktioner och deriveras med kedjeregeln. Första termen består av den yttre funktionen y=sin(u) och inre funktionen u=tan(x). Den andra termen består av samma yttre funktion men har istället den inre funktionen u=2x.
f(x)=sin(tan(x))+sin(2x)
f'(x)=D(sin(tan(x)))+D(sin(2x))
f'(x)=cos(tan(x))* D(tan(x))+cos(2x)* D(2x)
f'(x)=cos(tan(x))* D(tan(x))+cos(2x)* 2
f'(x)=cos(tan(x))* 1/cos^2(x)+cos(2x)* 2
f'(x)=cos(tan(x))/cos^2(x)+2cos(x)
Nu sätter vi in x=π i derivatan för att bestämma f'(π).
f'(x)=cos(tan(x))/cos^2(x)+2cos(x)
f'( π)=cos(tan( π))/cos^2( π)+2cos( π)
f'(π)=cos(0)/cos^2(π)+2cos(π)
f'(π)=1/cos^2(π)+2cos(π)
f'(π)=1/(-1)^2+2(-1)
f'(π)=1/1+(-2)
f'(π)=1+(-2)
f'(π)=-1


Derivator av trigonometriska funktioner
Övningar
>
2
e
7
8
9
×
÷1
=
=
4
5
6
+
<
log
ln
log
1
2
3
()
sin
cos
tan
0
.
π
x
y