周期函式的幾種表示形式

2021-03-04 07:26:40 字數 4542 閱讀 2058

1樓:dark酷樂

通俗定義

周期函式

對於函式y=f(x),如果存在一個不為零的常數t,使得當x取定義域內的每一個值時,f(x+t)=f(x)都成立,那麼就把函式y=f(x)叫做周期函式,不為零的常數t叫做這個函式的週期。

嚴格定義

設f(x)是定義在數集m上的函式,如果存在非零常數t具有性質; (1)對 有(x±t) ; (2)對 有f(x+t)=f(x) 則稱f(x)是數集m上的周期函式,常數t稱為f(x)的一個週期。如果在所有正週期中有一個最小的,則稱它是函式f(x)的最小正週期。 由定義可得:

周期函式f(x)的週期t是與x無關的非零常數,且周期函式不一定有最小正週期。

編輯本段周期函式性質

(1)若t(≠0)是f(x)的週期,則-t也是f(x)的週期。 (2)若t(≠0)是f(x)的週期,則nt(n為任意非零整數)也是f(x)的週期。 (3)若t1與t2都是f(x)的週期,則t1±t2也是f(x)的週期。

(4)若f(x)有最小正週期t*,那麼f(x)的任何正週期t一定是t*的正整數倍。 (5)t*是f(x)的最小正週期,且t1、t2分別是f(x)的兩個週期,則 (q是有理數集) (6)若t1、t2是f(x)的兩個週期,且t1/t2是無理數,則f(x)不存在最小正週期。 (7)周期函式f(x)的定義域m必定是雙方無界的集合。

編輯本段周期函式的判定

定理1若f(x)是在集m上以t*為最小正週期的周期函式則k f(x)+c(k≠0)和1/ f(x)分別是集m和集{x/ f(x) ≠0,x }上的以t*為最小正週期的周期函式。 [1] 證: ∵t*是f(x)的週期,∴對 有x±t* 且f(x+t*)= f(x),∴k f(x)+c=k f(x+t*)+c, ∴k f(x)+c也是m上以t*為週期的周期函式。

假設t* 不是kf(x)+c的最小正週期,則必存在t』( 0<t』<t*)是k f(x)+c的週期,則對 , 有k f(x+t』)+c=k f(x) +c k[f(x+t』)- f(x)]=0,∵k≠0,∴f(x+t』)- f(x)=0,∴f(x+t』)= f(x), ∴t』是f(x)的週期,與t*是f(x)的最小正週期矛盾,∴t*也是k f(x)+c的最小正週期。 同理可證1/ f(x)是集{x/ f(x) ≠0,x }上的以t*為最小正週期的周期函式。

定理2若f(x)是集m上以t*為最小正週期的周期函式,則f(ax+n)是集{x/ax+ n }上的以t*/ 為最小正週期的周期函式,(其中a、b為常數)。 證: 先證 是f(ax+b)的週期 ∵t*是f(x)的週期,∴ ,有x±t*∈m,∴a(x )+b=ax+b ±t*∈m,且f[a(x+ t )+b]=f(ax+b±t*)=f(ax+b)∴ 是f(ax+b)的週期。

再證 是f(ax+b)的最小正週期 假設存在t』(0<t』< )是f(ax+b)的週期, 則f(a(x+t』)+b)=f(ax+b),即f(ax+b+at』)=f(ax+b), 因當x取遍{x/x∈m,ax+b∈m}的各數時,ax+b就取遍m所有的各數, ∴at』是f(x)的週期,但 <=t*這與t*是f(x)的最小正週期矛盾。

定理3設f(u)是定義在集m上的函式u=g(x)是集m1上的周期函式,且當x∈m1時,g(x)∈m,則複合函式f(g(x))是m1上的周期函式。 證: 設t是u=g(x)的週期,則 1有(x±t)∈m1且g(x+t)=g(x) ∴f(g(x+t))=f(g(x)) ∴=f(g(x))是m1上的周期函式。

例1 設=f(u)=u2是非周期函式,u= g(x)=cosx是實數集r上的周期函式,則f(g(x))=cos2x是r上的周期函式。 同理可得:(1)f(x)=sin(cosx),(2)f(x)=sin(tgx),(3)f(x)=sin2x,(4)f(n)=log2sinx(sinx>0)也都是周期函式。

例2 f(n)=sinn是周期函式,n=g(x)=ax+b(a≠0)是非周期函式,f(g(x))=sin(ax+b)是周期函式(中學數學中已證)。 例3 f(n)=cosn是周期函式,n=g(x)= (非周期函式)而f(g(x))=cos 是非周期函式。 證:

假設cos 是周期函式,則存在t>0使cos (k∈z) 與定義中t是與x無關的常數矛盾, ∴cos 不是周期函式。 由例2、例3說明,若f(u)是周期函式,u= g(x)是非周期函式,這時f(g(x))可能是,也可能不是周期函式。

定理4設f1(x)、f2(x)都是集合m上的周期函式,t1、t2分別是它們的週期,若t1/t2∈q則它們的和差與積也是m上的周期函式,t1與t2的公倍 數為它們的週期。 證: 設 ((p·q)=1)設t=t1q=t2p則有:

有(x±t)=(x±t1q)=(x±t2p)∈m,且f1(x+t) ±f2(x+t)= f1(x+t1q) ±f2(x+t2p)= f1(x)±f2(x) ∴f1(x) ±f2(x)是以t1和t2的公倍數t為週期的周期函式。同理可證:f1(x) 、f2(x)是以t為週期的周期函式。

定理4推論

設f1(x) 、f2(x)……fn(x) 是集m上的有限個周期函式t1、t2……tn分別是它們的週期,若, … (或t1,t2……tn中任意兩個之比)都是有理數,則此n個函式之和、差、積也是m上的周期函式。 例4 f(x)=sinx-2cos2x+sin4x是以2π、π、π/2的最小公倍 數2π為週期的周期函式。 例5 討論f(x)= 的週期性 解:

2tg3 是以t1= 為最小正週期的周期函式。 5tg 是以t2 為最小正週期的周期函式。 tg2 是以t3= 為最小正週期的周期函式。

又 都是有理數 ∴f(x)是以t1、t2、t3最小公倍數(t1、t2、t3)= 為最小正週期的周期函式。 同理可證: (1)f(x)=cos ; (2)f(x)=sin2xcos2x+cos2xcos3x+cos3xsin3x。

是周期函式。

定理5設f1(x)=sin a1x,f2(x)=cosa2x,則f1(x)與f2(x)之和、差、積是周期函式的充要條件是a1/a2∈q。 證 先證充分性: 若a1/a2∈q,設t1、t2分別為f1(x)與f2(x)的最小正週期,則t1= 、t2= ,又 ∈q 由定理4可得f1(x)與f2(x)之和、差、積是周期函式。

再證必要性(僅就f1(x)與f2(x)的差和積加以證明)。 (1)設sina1x-cosa2x為周期函式,則必存在常數t>0, 使sina1(x+t)-sina1x=cosa2(x+t)-cosa2x 2cos(a1x+ )sin = -2sin s(a2x+ ) sin (1)。 令x= 得2cos(a1x+ ),則 (k∈z)。

(2) 或 c∈z(3) 又在(1)中令 2sin(a2x+ )sin =-2sin =0 由(4) 由sin (5) 由上述(2)與(3),(4)與(5)都分別至少有一個成立。 由(3)、(5得 )(6) ∴無論(2)、(4)、(6)中那一式成立都有a1/a2 。 (2)設sinaxcosa2x為周期函式,則 是周期函式。

編輯本段非周期函式的判定

[1](1)若f(x)的定義域有界 例:f(x)=cosx( ≤10)不是周期函式。 (2)根據定義討論函式的週期性可知非零實數t在關係式f(x+t)= f(x)中是與x無關的,故討論時可通過解關於t的方程f(x+t)- f(x)=0,若能解出與x無關的非零常數t便可斷定函式f(x)是周期函式,若這樣的t不存在則f(x)為非周期函式。

例:f(x)=cos 是非周期函式。 (3)一般用反證法證明。

(若f(x)是周期函式,推出矛盾,從而得出f(x)是非周期函式)。 例:證f(x)=ax+b(a≠0)是非周期函式。

證:假設f(x)=ax+b是周期函式,則存在t(≠0),使對 ,a(x+t)+b=ax+b ax+at-ax=0 at=0 又a≠0,∴t=0與t≠0矛盾,∴f(x)是非周期函式。 例:

證f(x)= 是非周期函式。 證:假設f(x)是周期函式,則必存在t(≠0)對 ,有(x+t)= f(x),當x=0時,f(x)=0,但x+t≠0, ∴f(x+t)=1,∴f(x+t) ≠f(x)與f(x+t)= f(x)矛盾,∴f(x)是非周期函式。

例:證f(x)=sinx2是非周期函式 證:若f(x)= sinx2是周期函式,則存在t(>0),使對 ,有sin(x+t)2=sinx2,取x=0有sint2=sin0=0,∴t2=kπ(k∈z),又取x= t有sin( t+t)2=sin( t)2=sin2kπ=0,∴( +1)2 t2=lπ(l∈z+),∴ 與3+2 是無理數矛盾,∴f(x)=sinx2是非周期函式。

2樓:匿名使用者

百科的,樓主想看嗎?

這裡我給樓主簡單的說:

首先,周期函式有四種,就是

y=sinx(奇函式)

y=cosx(偶)

y=tanx(奇)

y=cotx(奇)

週期sin和cos一樣是2π

tan和cot一樣,是π

至於樓主說的表示,指的是f(x+t)=f(x)=f(x-t),這裡是依次令x=x-t

就可以得到。簡單的說周期函式的最小週期就是影象相鄰兩個谷峰頂點的距離,所以f(x+t)=f(x)=f(at+x)a是正整數,例如t=4時有f(x)=f(x+4)=f(x+2004)=````

總的來說,要了解周期函式,最好自己畫圖理解,畢竟文字的敘述很繁瑣

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