与えられた関数のグラフを描く問題です。ここでは、(1) の関数 $y = \frac{1}{2} \sin^{-1} (\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4})$ について考えます。

解析学関数のグラフ逆三角関数定義域値域グラフの描画
2025/5/22

1. 問題の内容

与えられた関数のグラフを描く問題です。ここでは、(1) の関数 y=12sin1(x3π4)y = \frac{1}{2} \sin^{-1} (\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4}) について考えます。

2. 解き方の手順

まず、逆正弦関数 sin1(x)\sin^{-1}(x) の定義域と値域を確認します。
定義域は 1x1-1 \le x \le 1 で、値域は π2sin1(x)π2-\frac{\pi}{2} \le \sin^{-1}(x) \le \frac{\pi}{2} です。
次に、与えられた関数 12sin1(x3π4)\frac{1}{2} \sin^{-1}(\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4}) の定義域を求めます。
x3π4\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4}1x3π41-1 \le \frac{x}{3} - \frac{\pi}{4} \le 1 を満たす必要があります。
この不等式を解くと、
1+π4x31+π4-1 + \frac{\pi}{4} \le \frac{x}{3} \le 1 + \frac{\pi}{4}
3+3π4x3+3π4-3 + \frac{3\pi}{4} \le x \le 3 + \frac{3\pi}{4}
となります。
次に、sin1\sin^{-1} の引数が 1-111 になるときの xx の値を求めます。
x3π4=1\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4} = -1 のとき、x3=1+π4\frac{x}{3} = -1 + \frac{\pi}{4} より x=3+3π4x = -3 + \frac{3\pi}{4}
このとき y=12sin1(1)=12(π2)=π4y = \frac{1}{2} \sin^{-1}(-1) = \frac{1}{2} (-\frac{\pi}{2}) = -\frac{\pi}{4}
x3π4=1\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4} = 1 のとき、x3=1+π4\frac{x}{3} = 1 + \frac{\pi}{4} より x=3+3π4x = 3 + \frac{3\pi}{4}
このとき y=12sin1(1)=12(π2)=π4y = \frac{1}{2} \sin^{-1}(1) = \frac{1}{2} (\frac{\pi}{2}) = \frac{\pi}{4}
x3π4=0\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4} = 0 のとき、x3=π4\frac{x}{3} = \frac{\pi}{4} より x=3π4x = \frac{3\pi}{4}
このとき y=12sin1(0)=0y = \frac{1}{2} \sin^{-1}(0) = 0
以上の情報から、xx3+3π4-3 + \frac{3\pi}{4} から 3+3π43 + \frac{3\pi}{4} まで変化するとき、yyπ4-\frac{\pi}{4} から π4\frac{\pi}{4} まで単調増加することがわかります。特に,x=3π4x = \frac{3\pi}{4} のとき、y=0y = 0 となります。

3. 最終的な答え

グラフを描くための主要な点は以下の通りです。
- 定義域: 3+3π4x3+3π4-3 + \frac{3\pi}{4} \le x \le 3 + \frac{3\pi}{4}
- x=3+3π4x = -3 + \frac{3\pi}{4} のとき、y=π4y = -\frac{\pi}{4}
- x=3π4x = \frac{3\pi}{4} のとき、y=0y = 0
- x=3+3π4x = 3 + \frac{3\pi}{4} のとき、y=π4y = \frac{\pi}{4}
これらの点に基づいてグラフを描くことができます。
グラフは、sin1\sin^{-1}関数の形状を保ちつつ、振幅が 12\frac{1}{2} 倍され、水平方向に x3π4\frac{x}{3} - \frac{\pi}{4} のように変換された形になります。
グラフを描画する具体的なツールを使用する必要があるため、数値的な答えは上記に留めます。

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