y=arccotxy = \operatorname{arccot} x

逆余接 y=arccotxy = \operatorname{arccot} x

arccotx\operatorname{arccot} x(逆余接)は、余接 cotx=cosxsinx\cot x = \dfrac{\cos x}{\sin x} の逆関数です1。逆三角関数のなかで唯一、主値の取り方が二通りに割れている関数でもあります。ここでは値域を (0,π)(0, \pi) にとる流儀を採り、次の式で描いています。

arccotx=π2arctanx\operatorname{arccot} x = \frac{\pi}{2} - \arctan x

定義域と値域

定義域は実数全体です。cot\cot は区間 (0,π)(0, \pi) を実数全体へ単調に写すので、その逆関数はすべての実数を受けて (0,π)(0, \pi) の値を返します。arctan\arctan の値域が (π2,π2)\left(-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}\right) ですから、π2\dfrac{\pi}{2} から引けばちょうど (0,π)(0, \pi) に収まります。

増減と漸近線

導関数は arctan\arctan の導関数と符号だけが違います。

ddxarccotx=11+x2\frac{d}{dx}\operatorname{arccot} x = -\frac{1}{1+x^{2}}

つねに負ですから実数全体で単調に減少し、極値はありません。

xxarccotx\operatorname{arccot} x
\to -\inftyπ\to \pi
1-13π4\dfrac{3\pi}{4}
00π2\dfrac{\pi}{2}
11π4\dfrac{\pi}{4}
+\to +\infty0\to 0

直線 y=πy = \piy=0y = 0 が水平漸近線です。

対称性と凹凸

(0,π2)\left(0, \dfrac{\pi}{2}\right) に関して点対称です。arctan\arctan が原点に関して点対称であることを、上下反転して π2\dfrac{\pi}{2} だけ持ち上げた結果です。

二階導関数は 2x(1+x2)2\dfrac{2x}{(1+x^{2})^{2}} で符号は xx と同じですから、x<0x < 0 で上に凸、x>0x > 0 で下に凸となり、変曲点はこの対称の中心ただ一つです。

二つの流儀

流儀値域連続性
主値を (0,π)(0, \pi) にとるπ2arctanx\dfrac{\pi}{2} - \arctan x(0,π)(0, \pi)実数全体で連続
逆数を通すarctan1x\arctan\dfrac{1}{x}00 を除く (π2,π2)\left(-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}\right)原点で π\pi だけ跳ぶ

二つの定義は x>0x > 0 では一致し、x<0x < 0 ではちょうど π\pi だけ食い違います。多くの計算ソフトや数式処理系は後者を採っており、このサイトの数式エンジンもそうです。実際、数式欄に acot(x) と入力すると、この記事のグラフではなく原点で跳ぶほうの曲線が描かれます。

どちらを選ぶか

連続で単調な関数が欲しい場面、たとえば積分の原始関数として次のように書きたいときには (0,π)(0, \pi) の流儀が便利です。

dx1+x2=arccotx+C\int \frac{dx}{1+x^{2}} = -\operatorname{arccot} x + C

一方、他の逆三角関数と同じく逆数を通して定義したい場面や、arctan\arctan から機械的に計算したい場面では arctan1x\arctan\dfrac{1}{x} が扱いやすくなります。arccot\operatorname{arccot} が出てきたら値域がどちらかを確かめるのが安全です。

逆三角関数の完成

これで六つの逆三角関数がすべてそろいました。三つの対がそれぞれ和で π2\dfrac{\pi}{2} を作るという、整った構造をもっています。

関係式
arcsin\arcsinarccos\arccosarcsinx+arccosx=π2\arcsin x + \arccos x = \dfrac{\pi}{2}
arctan\arctanarccot\operatorname{arccot}arctanx+arccotx=π2\arctan x + \operatorname{arccot} x = \dfrac{\pi}{2}
arcsec\operatorname{arcsec}arccsc\operatorname{arccsc}arcsecx+arccscx=π2\operatorname{arcsec} x + \operatorname{arccsc} x = \dfrac{\pi}{2}
  1. Inverse trigonometric functions、Wikipedia