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Trigonometry · real student question

判斷函數 y = sin x / x 與 y = cos x / x 各是偶函數、奇函數,還是兩者皆非。

Question

函數

y=sin⁡xxy=\frac{\sin x}{x}

是(偶函數/奇函數/兩者皆非),而函數

y=cos⁡xxy=\frac{\cos x}{x}

是(偶函數/奇函數/兩者皆非)。

Step-by-step solution

  1. 先寫出判別法。 若對定義域中每個 xx 都有 f(−x)=f(x)f(-x)=f(x),函數就是偶函數;若 f(−x)=−f(x)f(-x)=-f(x),就是奇函數。這裡兩個函數的定義域都是 x≠0x\neq 0,關於原點對稱,所以這個判別法用得上。

  2. 回想各個組成部分的奇偶性。

    sin⁡(−x)=−sin⁡x (奇),cos⁡(−x)=cos⁡x (偶),(−x)=−x (奇).\sin(-x)=-\sin x\ (\text{奇}),\qquad \cos(-x)=\cos x\ (\text{偶}),\qquad (-x)=-x\ (\text{奇}).

  3. 檢驗第一個函數。

    f(−x)=sin⁡(−x)−x=−sin⁡x−x=sin⁡xx=f(x),f(-x)=\frac{\sin(-x)}{-x}=\frac{-\sin x}{-x}=\frac{\sin x}{x}=f(x),

    所以 sin⁡xx\dfrac{\sin x}{x} 是偶函數。兩個負號互相抵消——奇除以奇等於偶。

  4. 檢驗第二個函數。

    g(−x)=cos⁡(−x)−x=cos⁡x−x=−cos⁡xx=−g(x),g(-x)=\frac{\cos(-x)}{-x}=\frac{\cos x}{-x}=-\frac{\cos x}{x}=-g(x),

    所以 cos⁡xx\dfrac{\cos x}{x} 是奇函數。這裡只有分母變號——偶除以奇等於奇。

  5. 用數值確認。 取 x=±2x=\pm 2:sin⁡22=0.454649\dfrac{\sin 2}{2}=0.454649,而 sin⁡(−2)−2=0.454649\dfrac{\sin(-2)}{-2}=0.454649,兩者相等,正是偶函數該有的樣子。另一方面 cos⁡22=−0.208073\dfrac{\cos 2}{2}=-0.208073,而 cos⁡(−2)−2=+0.208073\dfrac{\cos(-2)}{-2}=+0.208073,兩者相反,正是奇函數該有的樣子。

  6. 記下一般的奇偶規則。 對商而言:偶/偶 = 偶,奇/奇 = 偶,偶/奇 = 奇,奇/偶 = 奇。它們的行為和正負號相乘一模一樣,所以可以現推,不必硬背。

Answer

sin⁡xx 是偶函數;cos⁡xx 是奇函數\frac{\sin x}{x}\text{ 是偶函數};\qquad \frac{\cos x}{x}\text{ 是奇函數}

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