为何arctan(cosx)与cosx的图像,arctan(sinx)与sinx图像很像,有关系吗?

为何arctan(cosx)与cosx的图像,arctan(sinx)与sinx图像很像,有关系吗?

对于图像很像(比较接近)上,个人可以给出通俗些的解释

这其实与复合函数的性质有关

先来看 这个函数

令 ,则内层函数为 ,外层函数为

我们现在画出外层函数的图像:

这里需要强调的是,这是外层函数,横轴是 轴,纵轴是 轴

换而言之直接输入的变量是 而非

我们在t轴上取一点为

那么当 由0开始增大,请问 如何变化呢?

答案是以原点为中心不断做"简谐运动"(更广地说,这个点是在随内层函数f做对应的"运动")

容易知道 是有界的,说白了就是这时内层函数 限制了点 在外层的t轴上的活动范围

那么这对我们一开始的"接近"有什么帮助呢?

我们对外层函数进行逼近,就以问题中提及的 这样的切线放缩为例:

我们发现其在 时对外层函数逼近效果较好,因此当t在此区间往复运动时,其对应的输出值 始终不会产生太大的偏差

这就是为什么反应到整个函数上, 和 很接近的原因

纵观由开始输入x到最终输出y这一过程,第一个函数经历了 这样的加工;第二个函数经历了 这样的加工。第一个步骤二者相同,第二个步骤加工后输出值不会相差太大,因此最终的输出值不会相差太大

进一步地,我们不妨选取 在t=0处的[2,2]阶帕德近似:

这时其在 上的拟合效果比切线放缩更佳

那么对于整个复合函数而言,二者就更接近,对比如下图:

再给出几个例子,如:

这两个函数在整个定义域上几乎重合

原因也即在"输入值加工"的第二个步骤中,由 ,则 和 两加工得到的 值相差极小,因此对于整个复合函数而言,二者的值相差极小,也即出现了上述二者几乎重合的现象

这时你可能就会思考,如果是对内层函数进行逼近,会如何?

这时就“大事不妙”了

我们来对比一下 二者的图:

这时在离y轴一定距离后,蓝色函数跳动得越来越快,因此 稍微大些拟合效果就大幅下降了

为什么这时又不同于上面呢?因为这时是直接对"加工"的第一步就进行近似了,我们画出内层函数

不难发现,在 较大时, 大幅递增/递减,严重偏离了有界的

既然第一步加工都已经出现大幅偏离了,那么第二步加工基本上也只能"乱套"了

换而言之,在外层函数中,点 和点 只在 时相距离比较近

如图(这时是外层函数),当x较大时,点 (蓝色)还在 间做往复运动时,点 (绿色)早就跑到"千里之外"去了,自然而然二者输出值间的差异就大

按自己的理解随便答了一个比较开放性的问题,发现从中串起了不少知识点,如对复合函数自变量输入过程的理解(这样的理解有助于对判断单调性的"同增异减"更深刻地理解)

然后就是对复合函数的拟合问题,出了对复合函数本身进行拟合外,我们一般而言都是选择对外层函数进行拟合,这时对于复合函数 而言,只需关注外层函数在 (即内层函数的值域)范围内的拟合效果

就举回题目该例: ,即由 进行的复合,只需关注外层函数在 处的拟合效果,如

再如 ,即由 进行的复合,只需关注外层函数在 处的拟合效果,如

更多的例子有:

这是题主之前提法问题的一个答贴,其中对sin(x²)进行拟合时选取的就是对外层函数进行拟合

同样是对外层进行拟合