复数辐角主值与反三角函数的关系及应用

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  对于一些复杂的反三角函数问题,如果我们采用普通的三角方法,很难求解.但是,如果我们采用复数法,将反三角函数转化为复数的辐角主值再求解,既方便省事又简化了运算.
  一、复数辐角主值与其他反三角函数的关系
  z1=arctanyx;(-∞, ∞);(-π2,π2);
  z2=arcsinyx2 y2;[-1,1];[-π2,π2].
  z3=arccosxx2 y2;[-1,1];[0,π];
  z4=arccotxy;(-∞, ∞);[0,π].
  复数辐角主值与其他反三角函数的关系如下表:
  象限
  关系第一象限
  x>0,y>0第二象限
  x<0,y>0第三象限
  x<0,y<0第四象限
  x>0,y<0
  z1与argzargz=z1argz=z1 πargz=z1-πargz=z1
  z2与argzargz=z2argz=z2 πargz=z2-πargz=z2
  z3与argzargz=z3argz=z3argz=-z3argz=-z3
  z4与argzargz=z4argz=z4argz=z4-πargz=z4-π
  轴向
  关系x轴正半轴
  x>0,y=0y轴正半轴
  x=0,y>0x轴负半轴
  x<0,y=0y轴负半轴
  x=0,y<0
  z1与argzargz=z1=0z1不存在argz=z1 π=πz1不存在
  z2与argzargz=z2=0argz=z2=π2argz=z2 π=πargz=z2=-π2
  z3与argzargz=z3=0argz=z3=π2argz=z3=πargz=-z3=-π2
  z4与argzz4不存在argz=z4=π2z4不存在argz=-z4=-π2
  二、应用
  1.巧解反三角问题
  例1计算arctanx arctan1-x1 x(x<-1).
  解:∵x<-1,1-x1 x=-1 21 x<-1,
  ∴-π2  ∴-π  ∵arctan(-x) arctanx-1x 1
  =arg(1-xi) arg[(x 1) (x-1)i]
  =arg(1-xi)[(x 1) (x-1)i]
  =arg[(x2 1)-(x2 1)i]
  =-π4.
  ∴arctanx arctan1-x1 x=π4.
  2.求角问题
  例2若α,β为锐角,tanα=17,sinβ=110,
  试证:α 2β=45°.
  证明:∵α,β为锐角tanα=17,sinβ=110,
  0<α<π6,0<β<π6,0<α 2β<π2,
  又∵α 2β=arg[(7 i)(3 i)2]
  =arg(50 50i)=arg[502(cosπ4 isinπ4)],
  ∴α 2β=π4=45°.
  3.求解反三角函数的证明题
  例3已知a2 b2=c2,
  arcsin1a arcsin1b=π2(a≠0且b≠0),求证:ab=c.
  证明:∵arcsin1a arcsin1b
  =arc(a2-1 i) arg(b2-1 i)
  =arg[(a2-1)(b2-1)-1 (a2-1 b2-1)i]
  =π2.
  ∴(a2-1)(b2-1)=1,即a2b2=a2 b2.
  又a2 b2=c2,
  ∴ab=c.
  综上所述,在解决复杂的反三角问题时,如果不能直接求解,可将它转化为复数辐角问题,或可收到意想不到的效果.
  参考文献
  钟玉泉.复变函数论.北京:高等教育出版社,2013.
  李中恢.复数法在三角问题中的应用.南昌:南昌高专学报,2008(4).
  张建忠.复数辐角与反三角函数.甘肃:数学教学研究,1999(1).
  李中恢.复数法在平面几何中的应用.宁波:宁波教育学院学报,2006(4).
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