请告诉我关于周期函数的知识,详细点哦 谢谢
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发布时间：2022-05-13 17:32
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时间：2023-10-18 06:11
严格定义
设f(x）是定义在数集M上的函数，如果存在非零常数T具有性质：f（x+T）=f（x）；
则称f（x）是数集M上的周期函数，常数T称为f（x）的一个周期。如果在所有正周期中有一个最小的，则称它是函数f（x）的最小正周期。
由定义可得：周期函数f（x）的周期T是与x无关的非零常数，且周期函数不一定有最小正周期。
2性质
周期函数的性质[1] 共分以下几个类型：
（1）若T（≠0）是f(X）的周期，则-T也是f(X）的周期。
（2）若T（≠0）是f(X）的周期，则nT（n为任意非零整数）也是f(X）的周期。
（3）若T1与T2都是f(X）的周期，则T1±T2也是f(X）的周期。
（4）若f(X）有最小正周期T*，那么f(X）的任何正周期T一定是T*的正整数倍。
（5）若T1、T2是f(X）的两个周期，且 T1/T2不是无理数，则f(X）存在最小正周期
（6）若T1、T2是f(X）的两个周期，且T1/T2是无理数，则f(X）不存在最小正周期。
（7）周期函数f(X）的定义域M必定是至少一方无界的集合。
3判定定理
周期函数定理，总结一共分一下几个类型。
定理1
若f(X）是在集M上以T*为最小正周期的周期函数，则K f(X)+C（K≠0）和1/ f(X）分别是集M和集{X/ f(X) ≠0，X ∈M}上的以T*为最小正周期的周期函数。[2]
证：
∵T*是f(X）的周期，∴对 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*为周期的周期函数。
假设T* 不是Kf(X)+C的最小正周期，则必存在T’（0<T’<T*）是K f(X)+C的周期，则对 ，
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）的周期，与T*是f(X）的最小正周期矛盾，∴T*也是K f(X)+C的最小正周期。
同理可证1/ f(X）是集{X/ f(X) ≠0，X }上的以T*为最小正周期的周期函数。
定理2
若f(X）是集M上以T*为最小正周期的周期函数，则f(aX+n）是集{X/aX+ n }上的以T*/ a为最小正周期的周期函数，（其中a、b为常数）。
证：
先证是f(ax+b）的周期
∵T*是f(X）的周期，∴ ，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）的周期。
再证是f（ax+b）的最小正周期
假设存在T’（0<T’<；）是f（ax+b）的周期，
则f（a（x+T’）+b）=f（ax+b），即f（ax+b+aT’）=f（ax+b），
因当X取遍{X/X∈M,ax+b∈M}的各数时,ax+b就取遍M所有的各数，
∴aT’是f(X）的周期，但 <=T*这与T*是f(X）的最小正周期矛盾。
定理3
设f(u）是定义在集M上的函数，u=g（x）是集M1上的周期函数，且当X∈M1时，g(x）∈M，则复合函数f(g(x））是M1上的周期函数。
证：
设T是u=g(x）的周期，则 1有（x±T）∈M1且g（x+T）=g(x) ∴f(g(x+T))=f(g(x))
∴=f(g(x)）是M1上的周期函数。
例1
设=f(u)=u2是非周期函数，u= g(X)=cosx是实数集R上的周期函数，则f(g(x))=cos2x是R上的周期函数。
同理可得：⑴f(X)=Sin(cosx），⑵f(X)=Sin(tgx），⑶f(X)=Sin2x，⑷f(n)=Log2Sinx(sinx>0）也都是周期函数。
例2
f(n)=Sinn是周期函数，n=g(x)=ax+b(a≠0）是非周期函数，f(g(x))=Sin(ax+b)是周期函数（中学数学中已证）。
例3
f(n)=cosn是周期函数，n=g(x)= （非周期函数）而f(g(x))=cos 是非周期函数。
证：假设cos 是周期函数，则存在T>0使cos （k∈Z） 与定义中T是与X无关的常数矛盾，
∴cos 不是周期函数。
由例2、例3说明，若f(u)是周期函数，u= g(X）是非周期函数，这时f(g(x））可能是，也可能不是周期函数。
定理4
设f1(X）、f2(X）都是集合M上的周期函数，T1、T2分别是它们的周期，若T1/T2∈Q则它们的和差与积也是M上的周期函数，T1与T2的公倍 数为它们的周期。
证：
设 （（p·q)=1）设T=T1q=T2p则有：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的公倍数T为周期的周期函数。同理可证：f1(X) 、f2(X）是以T为周期的周期函数。
定理4推论
设f1(X) 、f2(X）……fn(X) 是集M上的有限个周期函数T1、T2……Tn分别是它们的周期，若， … （或T1，T2……Tn中任意两个之比）都是有理数，则此n个函数之和、差、积也是M上的周期函数。
例4
f(X)=Sinx-2cos2x+sin4x是以2π、π、π/2的最小公倍 数2π为周期的周期函数。
例5
讨论f(X)= 的周期性
解：2tg3 是以T1= 为最小正周期的周期函数。
5tg 是以T2 为最小正周期的周期函数。
tg2 是以T3= 为最小正周期的周期函数。
又 都是有理数
∴f(X）是以T1、T2、T3最小公倍数（T1、T2、T3）= 为最小正周期的周期函数。
同理可证：
⑴f(X)=cos ;
⑵f(x)=sin2xcos2x+cos2xcos3x+cos3xsin3x。是周期函数。
定理5
设f1(x)=sin a1x，f2(x)=cosa2x，则f1(x）与f2(x）之和、差、积是周期函数的充要条件是a1/a2∈Q。
证
先证充分性：
若a1/a2∈Q，设T1、T2分别为f1(x）与f2(x）的最小正周期，则T1= 、T2= ，又 ∈Q
由定理4可得f1(x）与f2(x）之和、差、积是周期函数。
再证必要性（仅就f1(x）与f2(x）的差和积加以证明）。
⑴设sina1x-cosa2x为周期函数，则必存在常数T>0，
使sina1(x+T)-sina1x=cosa2(x+T)-cosa2x 2cos(a1x+)sin = -2sin s(a2x+) sin ⑴。
令x= 得2cos（a1x+），则 （K∈Z）。⑵
或 C∈Z⑶
又在⑴中令 2sin（a2x+）sin =-2sin =0
由⑷
由sin ⑸
由上述⑵与⑶，⑷与⑸都分别至少有一个成立。
由⑶、（5得）⑹
∴无论⑵、⑷、⑹中那一式成立都有a1/a2。
⑵设sinaxcosa2x为周期函数，则 是周期函数。
4判定方法
⑴若f(X）的定义域有界
例：f(X)=cosx（≤10）不是周期函数。
⑵根据定义讨论函数的周期性可知非零实数T在关系式f(X+T)= f(X）中是与X无关的，故讨论时可通过解关于T的方程f(X+T)- f(X)=0，若能解出与X无关的非零常数T便可断定函数f(X）是周期函数，若这样的T不存在则f(X）为非周期函数。
例：f(X)=cosx 是非周期函数。
⑶一般用反证法证明。（若f(X）是周期函数，推出矛盾，从而得出f(X）是非周期函数）。
例：证f(X)=ax+b(a≠0）是非周期函数。
证：假设f(X)=ax+b是周期函数，则存在T（≠0），使对 ，a（x+T）+b=ax+b ax+aT-ax=0 aT=0 又a≠0，∴T=0与T≠0矛盾，∴f(X）是非周期函数。
例：证f(X)= 是非周期函数。
证：假设f(X）是周期函数，则必存在T（≠0）对 ，有（x+T)= f(X），当x=0时，f(X)=0，但x+T≠0，∴f(x+T)=1，∴f(x+T) ≠f(X）与f(x+T)= f(X）矛盾，∴f(X）是非周期函数。
例：证f(X)=sinx2是非周期函数
证：若f(X)= sinx2是周期函数，则存在T（>0），使对 ，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+），∴
与3+2 是无理数矛盾，∴f(X)=sinx2是非周期函数。
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时间：2023-10-18 06:11
