逆三角関数

関数 $y=\sin x,\ \cos x,\ \tan x$ の逆関数は次で定義される: \begin{eqnarray*}y=\sin^{-1} x &\Longleftrightarrow & \sin y=x\ \ \ \ \ (-\frac{\pi}{2}\leq y\leq \frac{\pi}{2})\\\ y=cos^{-1} x &\Longleftrightarrow & \cos y=x\ \ \ \ \ ( 0 \leq y \leq \pi ) \\\ y=tan^{-1} x &\Longleftrightarrow & \tan y=x\ \ \ \ \ (-\frac{\pi}{2} < y < \frac{\pi}{2})\end{eqnarray*} ただし三角関数は単調関数でないため, 定義域を制限することで逆関数が定義される.

三角関数 $y=\sin x,\ \cos x,\ \tan x$ はそれぞれ単調関数 (1:1 対応)でないため, 逆関数が定義できない.

ただし定義域を制限することにより, 単調関数となり逆関数が定義できる.

逆関数について

注意: $\sin^{-1}(x)\not= \frac{1}{\sin x}$ である. 他も同様.

逆三角関数定義域値域
逆正弦(アークサイン)
\(y=\sin^{-1} x\)
\(-1\leq x\leq 1\)\(-\frac{\pi}{2}\leq y\leq \frac{\pi}{2}\)
逆余弦(アークコサイン)
\(y=\cos^{-1} x\)
\(-1\leq x\leq 1\)\(0\leq y\leq \pi\)
逆正弦(アークタンジェント)
\(y=\tan^{-1} x\)
\(-\infty \)<\( x< \infty\)\(-\frac{\pi}{2}\) < \( y\) < \(\frac{\pi}{2}\)

対称性

$\sin^{-1}(-x)=-\sin^{-1}x$
$\tan^{-1}(-x)=-\tan^{-1}x$

Notice:$\cos^{-1}(-x)\not=-\sin^{-1}x$

導関数

$\frac{d}{dx} (\sin^{-1} x)=\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}$
$\frac{d}{dx} (\cos^{-1} x)=-\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}$
$\frac{d}{dx} (\tan^{-1} x)=\frac{1}{1+x^{2}}$
$\frac{d}{dx} (\sin^{-1} f(x))=\frac{f'(x)}{\sqrt{1-{f(x)}^{2}}}$
$\frac{d}{dx} (\cos^{-1} f(x))=-\frac{f'(x)}{\sqrt{1-{f(x)}^{2}}}$
$\frac{d}{dx} (\tan^{-1} f(x))=\frac{f'(x)}{1+f(x)^{2}}$

不定積分

$\int \frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}\ dx=\sin^{-1}x +C$
$\int \frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}\ dx=-\cos^{-1}x +C$
$\int \frac{1}{1+x^{2}}\ dx=\tan^{-1}x +C$
$\int \frac{1}{\sqrt{a^{2}-(px+q)^{2}}}\ dx=\frac{1}{p}\sin^{-1}\frac{px+q}{a} +C$
$\int \frac{1}{\sqrt{a^{2}-(px+q)^{2}}}\ dx=-\frac{1}{p}\cos^{-1}\frac{px+q}{a} +C$
$\int \frac{1}{a^{2}+(px+q)^{2}}\ dx=\frac{1}{ap}\tan^{-1}\frac{px+q}{a} +C$

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