Formula diferențelor cosinusurilor. Cumpărați o diplomă de studii superioare ieftin

În acest articol vom vorbi despre substituție trigonometrică universală. Ea implică exprimarea sinusului, cosinusului, tangentei și cotangentei oricărui unghi prin tangenta unui jumătate de unghi. Mai mult, o astfel de înlocuire se realizează rațional, adică fără rădăcini.

În primul rând, vom scrie formule care exprimă sinus, cosinus, tangentă și cotangente în termeni de tangente a unui jumătate de unghi. În continuare vom arăta derivarea acestor formule. În concluzie, să ne uităm la câteva exemple de utilizare a substituției trigonometrice universale.

Navigare în pagină.

Sinus, cosinus, tangentă și cotangentă prin tangenta unui jumătate de unghi

Mai întâi, să scriem patru formule care exprimă sinusul, cosinusul, tangenta și cotangenta unui unghi prin tangenta unui jumătate de unghi.

Formulele indicate sunt valabile pentru toate unghiurile la care sunt definite tangentele și cotangentele incluse în ele:

Formule derivate

Să analizăm derivarea formulelor care exprimă sinusul, cosinusul, tangenta și cotangenta unui unghi prin tangenta unui semiunghi. Să începem cu formulele pentru sinus și cosinus.

Să reprezentăm sinusul și cosinusul folosind formulele unghiului dublu ca Şi respectiv. Acum expresiile Şi îl scriem sub formă de fracții cu numitorul 1 ca Şi . În continuare, pe baza identității trigonometrice principale, înlocuim unitățile din numitor cu suma pătratelor sinusului și cosinusului, după care obținem Şi . În cele din urmă, împărțim numărătorul și numitorul fracțiilor rezultate la (valoarea sa este diferită de zero, furnizat ). Ca rezultat, întregul lanț de acțiuni arată astfel:

Şi

Aceasta completează derivarea formulelor care exprimă sinusul și cosinusul prin tangenta unui semiunghi.

Rămâne să derivăm formule pentru tangentă și cotangentă. Acum, ținând cont de formulele obținute mai sus, atât formulele cât și , obținem imediat formule care exprimă tangenta și cotangenta prin tangentei semiunghiului:

Deci, am derivat toate formulele pentru substituția trigonometrică universală.

Exemple de utilizare a substituției trigonometrice universale

Mai întâi, să ne uităm la un exemplu de utilizare a substituției trigonometrice universale la transformarea expresiilor.

Exemplu.

Dați o expresie la o expresie care conține o singură funcție trigonometrică.

Soluţie.

Răspuns:

Referințe.

Algebră: Manual pentru clasa a IX-a. medie scoala/Yu. N. Makarychev, N. G. Mindyuk, K. I. Neshkov, S. B. Suvorova; Ed. S. A. Telyakovsky.- M.: Educație, 1990.- 272 p.: ill.- isbn 5-09-002727-7
Bashmakov M. I. Algebra și începuturile analizei: manual. pentru clasele 10-11. medie şcoală - Ed. a 3-a. - M.: Educaţie, 1993. - 351 p.: ill. - ISBN 5-09-004617-4.
Algebră iar începutul analizei: Proc. pentru clasele 10-11. învăţământul general instituții / A. N. Kolmogorov, A. M. Abramov, Yu P. Dudnitsyn și alții; Ed. A. N. Kolmogorov - ed. a XIV-a - M.: Educație, 2004. - 384 p. - ISBN 5-09-013651-3.
Gusev V. A., Mordkovich A. G. Matematică (un manual pentru cei care intră în școlile tehnice): Proc. indemnizatie.- M.; Superior şcoală, 1984.-351 p., ill.

Conceptele de sinus (), cosinus (), tangentă (), cotangentă () sunt indisolubil legate de conceptul de unghi. Pentru a înțelege bine aceste concepte, la prima vedere, complexe (care provoacă o stare de groază la mulți școlari) și pentru a ne asigura că „diavolul nu este atât de groaznic pe cât este pictat”, să începem de la de la început și înțelegeți conceptul de unghi.

Conceptul de unghi: radian, grad

Să ne uităm la poză. Vectorul s-a „întors” față de punct cu o anumită cantitate. Deci măsura acestei rotații în raport cu poziția inițială va fi colţ.

Ce altceva trebuie să știți despre conceptul de unghi? Ei bine, unități unghiulare, desigur!

Unghiul, atât în geometrie, cât și în trigonometrie, poate fi măsurat în grade și radiani.

Unghiul (un grad) este unghiul central dintr-un cerc subtins de un arc de cerc egal cu o parte a cercului. Astfel, întregul cerc este format din „bucăți” de arce circulare, sau unghiul descris de cerc este egal.

Adică, figura de mai sus arată un unghi egal cu, adică acest unghi se sprijină pe un arc circular de mărimea circumferinței.

Un unghi în radiani este unghiul central dintr-un cerc subtins de un arc de cerc a cărui lungime este egală cu raza cercului. Ei bine, te-ai dat seama? Dacă nu, atunci hai să ne dăm seama din desen.

Deci, figura prezintă un unghi egal cu un radian, adică acest unghi se sprijină pe un arc de cerc, a cărui lungime este egală cu raza cercului (lungimea este egală cu lungimea sau raza este egală cu lungimea arcului). Astfel, lungimea arcului se calculează cu formula:

Unde este unghiul central în radiani.

Ei bine, știind asta, poți să răspunzi câți radiani sunt conținute în unghiul descris de cerc? Da, pentru aceasta trebuie să vă amintiți formula pentru circumferință. Iată-l:

Ei bine, acum să corelăm aceste două formule și să aflăm că unghiul descris de cerc este egal. Adică, prin corelarea valorii în grade și radiani, obținem asta. Respectiv, . După cum puteți vedea, spre deosebire de „grade”, cuvântul „radian” este omis, deoarece unitatea de măsură este de obicei clară din context.

Câți radiani sunt? Asta e corect!

Am înţeles? Apoi mergeți mai departe și remediați:

Aveți dificultăți? Atunci uite răspunsuri:

Triunghi dreptunghic: sinus, cosinus, tangenta, cotangenta unghiului

Deci, ne-am dat seama de conceptul de unghi. Dar ce este sinusul, cosinusul, tangenta și cotangenta unui unghi? Să ne dăm seama. Pentru a face acest lucru, ne va ajuta un triunghi dreptunghic.

Cum se numesc laturile unui triunghi dreptunghic? Așa este, ipotenuză și catete: ipotenuza este latura care se află opusă unghiului drept (în exemplul nostru aceasta este latura); picioarele sunt cele două laturi rămase și (cele adiacente unghi drept), și, dacă luăm în considerare picioarele relativ la unghi, atunci piciorul este piciorul adiacent, iar piciorul este opusul. Deci, acum să răspundem la întrebarea: ce sunt sinusul, cosinusul, tangenta și cotangenta unui unghi?

Sinusul unghiului- acesta este raportul dintre catetul opus (depărtat) și ipotenuză.

În triunghiul nostru.

Cosinusul unghiului- acesta este raportul dintre catetul adiacent (aproape) și ipotenuză.

În triunghiul nostru.

Tangenta unghiului- acesta este raportul dintre latura opusă (depărtată) și cea adiacentă (închisă).

În triunghiul nostru.

Cotangenta unghiului- acesta este raportul dintre piciorul adiacent (aproape) și cel opus (departe).

În triunghiul nostru.

Aceste definiții sunt necesare amintește-ți! Pentru a fi mai ușor să vă amintiți ce picior să împărțiți în ce, trebuie să înțelegeți clar acest lucru tangentăŞi cotangentă doar picioarele stau, iar ipotenuza apare doar in sinusuluiŞi cosinus. Și apoi poți veni cu un lanț de asociații. De exemplu, acesta:

Cosinu → atinge → atinge → adiacent;

Cotangent → atinge → atinge → adiacent.

În primul rând, trebuie să vă amintiți că sinus, cosinus, tangentă și cotangentă, deoarece rapoartele laturilor unui triunghi nu depind de lungimile acestor laturi (la același unghi). Nu mă crezi? Apoi asigurați-vă că vă uitați la imagine:

Luați în considerare, de exemplu, cosinusul unui unghi. Prin definiție, dintr-un triunghi: , dar putem calcula cosinusul unui unghi dintr-un triunghi: . Vedeți, lungimile laturilor sunt diferite, dar valoarea cosinusului unui unghi este aceeași. Astfel, valorile sinusului, cosinusului, tangentei și cotangentei depind numai de mărimea unghiului.

Dacă înțelegi definițiile, atunci continuă și consolidează-le!

Pentru triunghiul prezentat în figura de mai jos, găsim.

Ei bine, ai primit-o? Apoi încercați singur: calculați același lucru pentru unghi.

Cercul unitar (trigonometric).

Înțelegând conceptele de grade și radiani, am considerat un cerc cu o rază egală cu. Un astfel de cerc se numește singur. Va fi foarte util atunci când studiezi trigonometria. Prin urmare, să ne uităm la asta mai detaliat.

După cum puteți vedea, acest cerc este construit în sistemul de coordonate carteziene. Raza cercului este egală cu unu, în timp ce centrul cercului se află la originea coordonatelor, poziția inițială a vectorului rază este fixată de-a lungul direcției pozitive a axei (în exemplul nostru, aceasta este raza).

Fiecare punct de pe cerc îi corespunde două numere: coordonatele axei și coordonatele axei. Care sunt aceste numere de coordonate? Și, în general, ce legătură au ei cu subiectul la îndemână? Pentru a face acest lucru, trebuie să ne amintim despre triunghiul dreptunghic considerat. În figura de mai sus, puteți vedea două triunghiuri dreptunghiulare întregi. Luați în considerare un triunghi. Este dreptunghiulară deoarece este perpendiculară pe axă.

Cu ce este egal triunghiul? Asta e corect. În plus, știm că este raza cercului unitar, ceea ce înseamnă . Să înlocuim această valoare în formula noastră pentru cosinus. Iată ce se întâmplă:

Cu ce este egal triunghiul? Ei bine desigur! Înlocuiți valoarea razei în această formulă și obțineți:

Deci, poți spune ce coordonate are un punct aparținând unui cerc? Ei bine, în niciun caz? Ce se întâmplă dacă îți dai seama de asta și sunt doar numere? Cărei coordonate corespunde? Ei bine, desigur, coordonatele! Si la ce coordonata corespunde? Așa e, coordonate! Astfel, punct.

Atunci ce sunt și egal cu? Așa este, să folosim definițiile corespunzătoare ale tangentei și cotangentei și să obținem asta, a.

Ce se întâmplă dacă unghiul este mai mare? De exemplu, ca în această imagine:

Ce s-a schimbat în în acest exemplu? Să ne dăm seama. Pentru a face acest lucru, să ne întoarcem din nou la triunghi dreptunghic. Luați în considerare un triunghi dreptunghic: unghi (ca adiacent unui unghi). Care sunt valorile sinusului, cosinusului, tangentei și cotangentei pentru un unghi? Așa este, aderăm la definițiile corespunzătoare funcții trigonometrice:

Ei bine, după cum puteți vedea, valoarea sinusului unghiului corespunde în continuare coordonatei; valoarea cosinusului unghiului - coordonata; și valorile tangentei și cotangentei la rapoartele corespunzătoare. Astfel, aceste relații se aplică oricărei rotații a vectorului rază.

S-a menționat deja că poziția inițială a vectorului rază este de-a lungul direcției pozitive a axei. Până acum am rotit acest vector în sens invers acelor de ceasornic, dar ce se întâmplă dacă îl rotim în sensul acelor de ceasornic? Nimic extraordinar, vei obține și un unghi de o anumită valoare, dar va fi doar negativ. Astfel, la rotirea vectorului rază în sens invers acelor de ceasornic, obținem unghiuri pozitive, iar când se rotește în sensul acelor de ceasornic - negativ.

Deci, știm că o întreagă revoluție a vectorului rază în jurul unui cerc este sau. Este posibil să rotiți vectorul rază către sau către? Ei bine, bineînțeles că poți! Prin urmare, în primul caz, vectorul rază va face o revoluție completă și se va opri în poziția sau.

În al doilea caz, adică vectorul rază va face trei rotații complete și se va opri în poziția sau.

Astfel, din exemplele de mai sus putem concluziona că unghiurile care diferă prin sau (unde este orice număr întreg) corespund aceleiași poziții a vectorului rază.

Figura de mai jos arată un unghi. Aceeași imagine corespunde colțului etc. Această listă poate fi continuată pe termen nelimitat. Toate aceste unghiuri pot fi scrise prin formula generală sau (unde este orice număr întreg)

Acum, cunoscând definițiile funcțiilor trigonometrice de bază și folosind cercul unitar, încercați să răspundeți care sunt valorile:

Iată un cerc de unitate care vă va ajuta:

Aveți dificultăți? Atunci hai să ne dăm seama. Deci știm că:

De aici, determinăm coordonatele punctelor corespunzătoare anumitor măsuri de unghi. Ei bine, să începem în ordine: unghiul la corespunde unui punct cu coordonate, prin urmare:

Nu există;

Mai departe, aderând la aceeași logică, aflăm că colțurile din corespund punctelor cu coordonate, respectiv. Știind acest lucru, este ușor să determinați valorile funcțiilor trigonometrice în punctele corespunzătoare. Încercați mai întâi singur, apoi verificați răspunsurile.

Raspunsuri:

Nu există

Astfel, putem realiza următorul tabel:

Nu este nevoie să ne amintim toate aceste valori. Este suficient să ne amintim corespondența dintre coordonatele punctelor de pe cercul unității și valorile funcțiilor trigonometrice:

Dar valorile funcțiilor trigonometrice ale unghiurilor în și, date în tabelul de mai jos, trebuie amintit:

Nu vă speriați, acum vă vom arăta un exemplu suficient memorare simplă valorile corespunzătoare:

Pentru a utiliza această metodă, este vital să vă amintiți valorile sinusului pentru toate cele trei măsuri de unghi (), precum și valoarea tangentei unghiului. Cunoscând aceste valori, este destul de simplu să restabiliți întregul tabel - valorile cosinusului sunt transferate în conformitate cu săgețile, adică:

Știind acest lucru, puteți restabili valorile pentru. Numătorul „ ” se va potrivi și numitorul „ ” se va potrivi. Valorile cotangentelor sunt transferate în conformitate cu săgețile indicate în figură. Dacă înțelegeți acest lucru și vă amintiți diagrama cu săgeți, atunci va fi suficient să vă amintiți toate valorile din tabel.

Coordonatele unui punct pe un cerc

Este posibil să găsiți un punct (coordonatele sale) pe un cerc, cunoscând coordonatele centrului cercului, raza acestuia și unghiul de rotație?

Ei bine, bineînțeles că poți! Hai să-l scoatem afară formula generala pentru a afla coordonatele unui punct.

De exemplu, iată un cerc în fața noastră:

Ni se spune că punctul este centrul cercului. Raza cercului este egală. Este necesar să găsiți coordonatele unui punct obținute prin rotirea punctului cu grade.

După cum se poate observa din figură, coordonatele punctului corespund lungimii segmentului. Lungimea segmentului corespunde coordonatei centrului cercului, adică este egală. Lungimea unui segment poate fi exprimată folosind definiția cosinusului:

Apoi avem asta pentru coordonata punctului.

Folosind aceeași logică, găsim valoarea coordonatei y pentru punct. Astfel,

Deci, în vedere generală coordonatele punctelor sunt determinate de formulele:

Coordonatele centrului cercului,

Raza cercului,

Unghiul de rotație al razei vectoriale.

După cum puteți vedea, pentru cercul unitar pe care îl luăm în considerare, aceste formule sunt reduse semnificativ, deoarece coordonatele centrului sunt egale cu zero și raza este egală cu unu:

Ei bine, haideți să încercăm aceste formule exersând găsirea punctelor pe un cerc?

1. Aflați coordonatele unui punct pe cercul unitar obținute prin rotirea punctului pe.

2. Aflați coordonatele unui punct pe cercul unitar obținute prin rotirea punctului pe.

3. Aflați coordonatele unui punct pe cercul unitar obținute prin rotirea punctului pe.

4. Punctul este centrul cercului. Raza cercului este egală. Este necesar să se găsească coordonatele punctului obținute prin rotirea vectorului rază inițială cu.

5. Punctul este centrul cercului. Raza cercului este egală. Este necesar să se găsească coordonatele punctului obținute prin rotirea vectorului rază inițială cu.

Întâmpinați probleme în a găsi coordonatele unui punct dintr-un cerc?

Rezolva aceste cinci exemple (sau te pricepi la rezolvarea lor) si vei invata sa le gasesti!

Puteți observa asta. Dar știm ce corespunde unei revoluții complete punct de plecare. Astfel, punctul dorit va fi în aceeași poziție ca atunci când se întoarce spre. Știind acest lucru, găsim coordonatele necesare ale punctului:

2. Cercul unitar este centrat într-un punct, ceea ce înseamnă că putem folosi formule simplificate:

Puteți observa asta. Știm ce corespunde la două revoluții complete ale punctului de plecare. Astfel, punctul dorit va fi în aceeași poziție ca atunci când se întoarce spre. Știind acest lucru, găsim coordonatele necesare ale punctului:

Sinusul și cosinusul sunt valori din tabel. Ne amintim semnificațiile lor și obținem:

Astfel, punctul dorit are coordonate.

3. Cercul unitar este centrat într-un punct, ceea ce înseamnă că putem folosi formule simplificate:

Puteți observa asta. Să reprezentăm exemplul în cauză în figură:

Raza formează unghiuri egale cu și cu axa. Știind că valorile de tabel ale cosinusului și sinusului sunt egale și s-a stabilit că cosinusul de aici ia valoare negativă, iar sinusul este pozitiv, avem:

Mai multe detalii exemple similare sunt înțelese la studierea formulelor de reducere a funcțiilor trigonometrice din subiect.

Astfel, punctul dorit are coordonate.

Unghiul de rotație al razei vectorului (după condiție)

Pentru a determina semnele corespunzătoare de sinus și cosinus, construim un cerc și un unghi unitar:

După cum puteți vedea, valoarea, adică este pozitivă, iar valoarea, adică este negativă. Cunoscând valorile tabelare ale funcțiilor trigonometrice corespunzătoare, obținem că:

Să substituim valorile obținute în formula noastră și să găsim coordonatele:

Astfel, punctul dorit are coordonate.

5. Pentru a rezolva această problemă, folosim formule în formă generală, unde

Coordonatele centrului cercului (în exemplul nostru,

Raza cercului (după condiție)

Unghiul de rotație al razei vectorului (după condiție).

Să înlocuim toate valorile în formulă și să obținem:

și - valorile tabelului. Să ne amintim și să le înlocuim în formula:

Astfel, punctul dorit are coordonate.

REZUMAT ȘI FORMULE DE BAZĂ

Sinusul unui unghi este raportul dintre catetul opus (depărtat) și ipotenuză.

Cosinusul unui unghi este raportul dintre catetul adiacent (aproape) și ipotenuză.

Tangenta unui unghi este raportul dintre latura opusă (depărtată) și latura adiacentă (închisă).

Cotangenta unui unghi este raportul dintre latura adiacentă (în apropiere) și latura opusă (depărtată).

Ne continuăm conversația despre cele mai utilizate formule în trigonometrie. Cele mai importante dintre ele sunt formulele de adunare.

Definiția 1

Formulele de adunare vă permit să exprimați funcții ale diferenței sau ale sumei a două unghiuri folosind funcții trigonometrice ale acelor unghiuri.

Pentru început, vom oferi lista completa formule de adunare, apoi le vom demonstra și analiza mai multe exemple ilustrative.

Yandex.RTB R-A-339285-1

Formule de bază de adunare în trigonometrie

Există opt formule de bază: sinusul sumei și sinusul diferenței a două unghiuri, cosinusuri ale sumei și diferenței, tangente și cotangente ale sumei și, respectiv, diferenței. Mai jos sunt formulările și calculele lor standard.

1. Sinusul sumei a două unghiuri se poate obține astfel:

Se calculează produsul dintre sinusul primului unghi și cosinusul celui de-al doilea;

Înmulțiți cosinusul primului unghi cu sinusul primului unghi;

Adunați valorile rezultate.

Scrierea grafică a formulei arată astfel: sin (α + β) = sin α · cos β + cos α · sin β

2. Sinusul diferenței este calculat aproape în același mod, numai produsele rezultate nu trebuie adăugate, ci scăzute unul de celălalt. Astfel, calculăm produsele dintre sinusul primului unghi și cosinusul celui de-al doilea și cosinusul primului unghi și sinusul celui de-al doilea și găsim diferența lor. Formula se scrie astfel: sin (α - β) = sin α · cos β + sin α · sin β

3. Cosinusul sumei. Pentru aceasta, găsim produsele cosinusului primului unghi cu cosinusul celui de-al doilea și respectiv sinusul primului unghi cu sinusul celui de-al doilea și, respectiv, găsim diferența lor: cos (α + β) = cos α · cos β - sin α · sin β

4. Cosinusul diferenței: calculați produsele sinusurilor și cosinusurilor acestor unghiuri, ca mai înainte, și adăugați-le. Formula: cos (α - β) = cos α cos β + sin α sin β

5. Tangenta sumei. Această formulă este exprimată ca o fracție, al cărei numărător este suma tangentelor unghiurilor necesare, iar numitorul este o unitate din care se scade produsul tangentelor unghiurilor dorite. Totul este clar din notația sa grafică: t g (α + β) = t g α + t g β 1 - t g α · t g β

6. Tangenta diferenței. Calculăm valorile diferenței și produsul tangentelor acestor unghiuri și procedăm cu ele într-un mod similar. La numitor adunam la unu, si nu invers: t g (α - β) = t g α - t g β 1 + t g α · t g β

7. Cotangenta sumei. Pentru a calcula folosind această formulă, vom avea nevoie de produsul și suma cotangentelor acestor unghiuri, pe care le procedăm astfel: c t g (α + β) = - 1 + c t g α · c t g β c t g α + c t g β

8. Cotangente a diferenței . Formula este similară cu cea anterioară, dar numărătorul și numitorul sunt minus, nu plus c t g (α - β) = - 1 - c t g α · c t g β c t g α - c t g β.

Probabil ați observat că aceste formule sunt similare în perechi. Folosind semnele ± (plus-minus) și ∓ (minus-plus), le putem grupa pentru a ușura înregistrarea:

sin (α ± β) = sin α · cos β ± cos α · sin β cos (α ± β) = cos α · cos β ∓ sin α · sin β t g (α ± β) = t g α ± t g β 1 ∓ t g α · t g β c t g (α ± β) = - 1 ± c t g α · c t g β c t g α ± c t g β

În consecință, avem o formulă de înregistrare pentru suma și diferența fiecărei valori, doar într-un caz acordăm atenție semnului superior, în celălalt – celui de jos.

Definiția 2

Putem lua orice unghi α și β, iar formulele de adunare pentru cosinus și sinus vor funcționa pentru ele. Dacă putem determina corect valorile tangentelor și cotangentelor acestor unghiuri, atunci formulele de adunare pentru tangente și cotangente vor fi valabile și pentru ele.

La fel ca majoritatea conceptelor din algebră, formulele de adunare pot fi dovedite. Prima formulă pe care o vom demonstra este formula cosinusului diferenței. Restul dovezilor pot fi apoi deduse cu ușurință din acestea.

Să clarificăm conceptele de bază. Vom avea nevoie de un cerc unitar. Va funcționa dacă luăm un anumit punct A și rotim unghiurile α și β în jurul centrului (punctul O). Atunci unghiul dintre vectorii O A 1 → și O A → 2 va fi egal cu (α - β) + 2 π · z sau 2 π - (α - β) + 2 π · z (z este orice număr întreg). Vectorii rezultați formează un unghi care este egal cu α - β sau 2 π - (α - β), sau poate diferi de aceste valori cu un număr întreg de rotații complete. Aruncă o privire la poză:

Am folosit formulele de reducere și am obținut următoarele rezultate:

cos ((α - β) + 2 π z) = cos (α - β) cos (2 π - (α - β) + 2 π z) = cos (α - β)

Rezultat: cosinusul unghiului dintre vectorii O A 1 → și O A 2 → este egal cu cosinusul unghiului α - β, deci cos (O A 1 → O A 2 →) = cos (α - β).

Să ne amintim definițiile sinusului și cosinusului: sinusul este o funcție a unghiului, egal cu raportul catetei unghiului opus față de ipotenuză, cosinusul este sinusul unghiului complementar. Prin urmare, punctele A 1Şi A 2 au coordonatele (cos α, sin α) și (cos β, sin β).

Obținem următoarele:

O A 1 → = (cos α, sin α) și O A 2 → = (cos β, sin β)

Dacă nu este clar, priviți coordonatele punctelor situate la începutul și la sfârșitul vectorilor.

Lungimile vectorilor sunt egale cu 1, deoarece Avem un cerc unitar.

Să analizăm acum produsul scalar al vectorilor O A 1 → și O A 2 → . În coordonate arată astfel:

(O A 1 → , O A 2) → = cos α · cos β + sin α · sin β

Din aceasta putem deduce egalitatea:

cos (α - β) = cos α cos β + sin α sin β

Astfel, formula cosinusului diferenței este dovedită.

Acum vom demonstra următoarea formulă - cosinusul sumei. Acest lucru este mai ușor deoarece putem folosi calculele anterioare. Să luăm reprezentarea α + β = α - (- β) . Avem:

cos (α + β) = cos (α - (- β)) = = cos α cos (- β) + sin α sin (- β) = = cos α cos β + sin α sin β

Aceasta este dovada formulei sumei cosinus. Ultima linie folosește proprietatea sinusului și cosinusului unghiurilor opuse.

Formula pentru sinusul unei sume poate fi derivată din formula pentru cosinusul unei diferențe. Să luăm formula de reducere pentru aceasta:

de forma sin (α + β) = cos (π 2 (α + β)). Aşa
sin (α + β) = cos (π 2 (α + β)) = cos ((π 2 - α) - β) = = cos (π 2 - α) cos β + sin (π 2 - α) sin β = = sin α cos β + cos α sin β

Și iată dovada formulei diferenței sinus:

sin (α - β) = sin (α + (- β)) = sin α cos (- β) + cos α sin (- β) = = sin α cos β - cos α sin β
Observați utilizarea proprietăților sinus și cosinus ale unghiurilor opuse în ultimul calcul.

În continuare avem nevoie de dovezi ale formulelor de adunare pentru tangentă și cotangentă. Să ne amintim definițiile de bază (tangenta este raportul dintre sinus și cosinus, iar cotangenta este invers) și să luăm formulele deja derivate în avans. Avem asta:

t g (α + β) = sin (α + β) cos (α + β) = sin α cos β + cos α sin β cos α cos β - sin α sin β

Noi am făcut-o fracție complexă. În continuare, trebuie să împărțim numărătorul și numitorul la cos α · cos β, având în vedere că cos α ≠ 0 și cos β ≠ 0, obținem:
sin α · cos β + cos α · sin β cos α · cos β cos α · cos β - sin α · sin β cos α · cos β = sin α · cos β cos α · cos β + cos α · sin β cos α · cos β cos α · cos β cos α · cos β - sin α · sin β cos α · cos β

Acum reducem fracțiile și obținem următoarea formulă: sin α cos α + sin β cos β 1 - sin α cos α · s i n β cos β = t g α + t g β 1 - t g α · t g β.
Se obține t g (α + β) = t g α + t g β 1 - t g α · t g β. Aceasta este dovada formulei de adiție tangente.

Următoarea formulă pe care o vom demonstra este tangenta formulei diferenței. Totul se arată clar în calcule:

t g (α - β) = t g (α + (- β)) = t g α + t g (- β) 1 - t g α t g (- β) = t g α - t g β 1 + t g α t g β

Formulele pentru cotangente sunt dovedite într-un mod similar:
c t g (α + β) = cos (α + β) sin (α + β) = cos α · cos β - sin α · sin β sin α · cos β + cos α · sin β = = cos α · cos β - sin α · sin β sin α · sin β sin α · cos β + cos α · sin β sin α · sin β = cos α · cos β sin α · sin β - 1 sin α · cos β sin α · sin β + cos α · sin β sin α · sin β = = - 1 + c t g α · c t g β c t g α + c t g β
Următorul:
c t g (α - β) = c t g (α + (- β)) = - 1 + c t g α c t g (- β) c t g α + c t g (- β) = - 1 - c t g α c t g β c t g α - c t g β

Sunt date relațiile dintre funcțiile trigonometrice de bază - sinus, cosinus, tangentă și cotangentă formule trigonometrice. Și deoarece există destul de multe conexiuni între funcțiile trigonometrice, acest lucru explică abundența formulelor trigonometrice. Unele formule conectează funcții trigonometrice ale aceluiași unghi, altele - funcții ale unui unghi multiplu, altele - vă permit să reduceți gradul, al patrulea - exprimă toate funcțiile prin tangenta unui jumătate de unghi etc.

În acest articol vom enumera în ordine toate formulele trigonometrice de bază, care sunt suficiente pentru a rezolva marea majoritate a problemelor de trigonometrie. Pentru ușurință de memorare și utilizare, le vom grupa după scop și le vom introduce în tabele.

Navigare în pagină.

Identități trigonometrice de bază

Identități trigonometrice de bază definiți relația dintre sinus, cosinus, tangentă și cotangente a unui unghi. Ele decurg din definiția sinusului, cosinusului, tangentei și cotangentei, precum și a conceptului de cerc unitar. Ele vă permit să exprimați o funcție trigonometrică în termenii oricărei alte.

Pentru o descriere detaliată a acestor formule de trigonometrie, derivarea lor și exemple de aplicare, consultați articolul.

Formule de reducere

Formule de reducere rezultă din proprietățile sinusului, cosinusului, tangentei și cotangentei, adică reflectă proprietatea de periodicitate a funcțiilor trigonometrice, proprietatea simetriei, precum și proprietatea deplasării prin unghi dat. Aceste formule trigonometrice vă permit să treceți de la lucrul cu unghiuri arbitrare la lucrul cu unghiuri cuprinse între zero și 90 de grade.

Rațiunea acestor formule, o regulă mnemonică pentru memorarea lor și exemple de aplicare a acestora pot fi studiate în articol.

Formule de adunare

Formule trigonometrice de adunare arată cum funcțiile trigonometrice ale sumei sau diferenței a două unghiuri sunt exprimate în termeni de funcții trigonometrice ale acelor unghiuri. Aceste formule servesc drept bază pentru derivarea următoarelor formule trigonometrice.

Formule pentru dublu, triplu etc. unghi

Formule pentru dublu, triplu etc. unghiul (se mai numesc și formule cu unghiuri multiple) arată cum funcțiile trigonometrice de dublu, triplu etc. unghiurile () sunt exprimate în termeni de funcții trigonometrice ale unui singur unghi. Derivarea lor se bazează pe formule de adunare.

Informații mai detaliate sunt colectate în formulele articolului pentru dublu, triplu etc. unghi

Formule cu jumătate de unghi

Formule cu jumătate de unghi arătați cum sunt exprimate funcțiile trigonometrice ale unui semiunghi în termeni de cosinus al unui unghi întreg. Aceste formule trigonometrice decurg din formulele cu unghi dublu.

Concluzia lor și exemple de aplicare pot fi găsite în articol.

Formule de reducere a gradului

Formule trigonometrice pentru reducerea gradelor sunt concepute pentru a facilita trecerea de la puterile naturale ale funcțiilor trigonometrice la sinusuri și cosinusuri de gradul I, dar a unghiurilor multiple. Cu alte cuvinte, ele vă permit să reduceți puterile funcțiilor trigonometrice la prima.

Formule pentru suma și diferența funcțiilor trigonometrice

Scopul principal formule pentru suma și diferența funcțiilor trigonometrice este să mergi la produsul funcțiilor, care este foarte util atunci când simplificăm expresii trigonometrice. Aceste formule sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în rezolvare ecuații trigonometrice, deoarece vă permit să factorizați suma și diferența dintre sinusuri și cosinusuri.

Formule pentru produsul dintre sinusuri, cosinus și sinus cu cosinus

Trecerea de la produsul funcțiilor trigonometrice la o sumă sau diferență se realizează folosind formulele pentru produsul dintre sinusuri, cosinus și sinus cu cosinus.

Bashmakov M. I. Algebra și începuturile analizei: manual. pentru clasele 10-11. medie şcoală - Ed. a 3-a. - M.: Educaţie, 1993. - 351 p.: ill. - ISBN 5-09-004617-4.

Algebră iar începutul analizei: Proc. pentru clasele 10-11. învăţământul general instituții / A. N. Kolmogorov, A. M. Abramov, Yu P. Dudnitsyn și alții; Ed. A. N. Kolmogorov - ed. a XIV-a - M.: Educație, 2004. - 384 p. - ISBN 5-09-013651-3.

Gusev V. A., Mordkovich A. G. Matematică (un manual pentru cei care intră în școlile tehnice): Proc. indemnizatie.- M.; Superior şcoală, 1984.-351 p., ill.

Drepturi de autor de către cleverstudents

Toate drepturile rezervate.
Protejat de lege drepturi de autor. Nicio parte a site-ului www.site, inclusiv materialele interneși aspectul nu poate fi reprodus sub nicio formă sau utilizat fără permisiunea prealabilă scrisă a deținătorului drepturilor de autor.

Una dintre domeniile matematicii cu care elevii se luptă cel mai mult este trigonometria. Nu este surprinzător: pentru a stăpâni liber această zonă de cunoaștere, aveți nevoie de gândire spațială, abilitatea de a găsi sinusuri, cosinus, tangente, cotangente folosind formule, simplifica expresii și puteți utiliza numărul pi în calculele. În plus, trebuie să puteți folosi trigonometria atunci când demonstrați teoreme, iar acest lucru necesită fie o memorie matematică dezvoltată, fie capacitatea de a deriva lanțuri logice complexe.

Originile trigonometriei

Familiarizarea cu această știință ar trebui să înceapă cu definiția sinusului, cosinusului și tangentei unui unghi, dar mai întâi trebuie să înțelegeți ce face trigonometria în general.

Din punct de vedere istoric, principalul obiect de studiu în această ramură a științei matematice a fost triunghiurile dreptunghiulare. Prezența unui unghi de 90 de grade face posibilă efectuarea diferitelor operații care permit determinarea valorilor tuturor parametrilor figurii în cauză folosind două laturi și un unghi sau două unghiuri și o latură. În trecut, oamenii au observat acest model și au început să-l folosească activ în construcția de clădiri, navigație, astronomie și chiar în artă.

Etapa inițială

Inițial, oamenii au vorbit despre relația dintre unghiuri și laturi folosind exclusiv exemplul triunghiurilor dreptunghiulare. Apoi au fost descoperite formule speciale care au făcut posibilă extinderea limitelor de utilizare în viata de zi cu zi această ramură a matematicii.

Studiul trigonometriei în școală începe astăzi cu triunghiuri dreptunghiulare, după care elevii folosesc cunoștințele dobândite în fizică și rezolvarea de ecuații trigonometrice abstracte, care încep din liceu.

Trigonometrie sferică

Mai târziu, când știința a ajuns la următorul nivel de dezvoltare, formulele cu sinus, cosinus, tangentă și cotangentă au început să fie folosite în geometria sferică, unde se aplică reguli diferite, iar suma unghiurilor dintr-un triunghi este întotdeauna mai mare de 180 de grade. Această secțiune nu este studiată la școală, dar este necesar să cunoaștem existența ei, cel puțin pentru că suprafața pământului și suprafața oricărei alte planete este convexă, ceea ce înseamnă că orice marcaj de suprafață va fi „în formă de arc” în spatiu tridimensional.

Luați globul și firul. Atașați firul la oricare două puncte de pe glob, astfel încât să fie întins. Vă rugăm să rețineți - a luat forma unui arc. Geometria sferică se ocupă de astfel de forme, care este folosită în geodezie, astronomie și alte domenii teoretice și aplicate.

Triunghi dreptunghic

După ce am învățat puțin despre modalitățile de utilizare a trigonometriei, să revenim la trigonometria de bază pentru a înțelege mai bine ce sunt sinusul, cosinusul, tangenta, ce calcule pot fi efectuate cu ajutorul lor și ce formule să folosiți.

Primul pas este să înțelegeți conceptele legate de un triunghi dreptunghic. În primul rând, ipotenuza este latura opusă unghiului de 90 de grade. Este cel mai lung. Ne amintim că, conform teoremei lui Pitagora, valoarea sa numerică este egală cu rădăcina sumei pătratelor celorlalte două laturi.

De exemplu, dacă cele două laturi au 3 și respectiv 4 centimetri, lungimea ipotenuzei va fi de 5 centimetri. Apropo, egiptenii antici știau despre asta acum aproximativ patru mii și jumătate de ani.

Cele două laturi rămase, care formează un unghi drept, se numesc picioare. În plus, trebuie să ne amintim că suma unghiurilor dintr-un triunghi este sistem dreptunghiular coordonatele este de 180 de grade.

Definiţie

În cele din urmă, cu o înțelegere fermă a bazei geometrice, se poate apela la definiția sinusului, cosinusului și tangentei unui unghi.

Sinusul unui unghi este raportul dintre catetul opus (adică, latura opusă unghiului dorit) și ipotenuză. Cosinusul unui unghi este raportul dintre latura adiacentă și ipotenuză.

Amintiți-vă că nici sinus, nici cosinus nu pot fi mai mari decât unu! De ce? Deoarece ipotenuza este în mod implicit cea mai lungă Indiferent cât de lungă este piciorul, va fi mai scurtă decât ipotenuza, ceea ce înseamnă că raportul lor va fi întotdeauna mai mic de unu. Astfel, dacă în răspunsul dumneavoastră la o problemă obțineți un sinus sau un cosinus cu o valoare mai mare decât 1, căutați o eroare în calcule sau raționament. Acest răspuns este clar incorect.

În cele din urmă, tangenta unui unghi este raportul dintre latura opusă și latura adiacentă. Împărțirea sinusului la cosinus va da același rezultat. Uite: conform formulei, împărțim lungimea laturii cu ipotenuză, apoi împărțim cu lungimea celei de-a doua laturi și înmulțim cu ipotenuză. Astfel, obținem aceeași relație ca și în definiția tangentei.

Cotangenta, în consecință, este raportul dintre latura adiacentă colțului și latura opusă. Același rezultat îl obținem împărțind unul la tangentă.

Deci, ne-am uitat la definițiile a ceea ce sunt sinus, cosinus, tangentă și cotangentă și putem trece la formule.

Cele mai simple formule

În trigonometrie nu puteți face fără formule - cum să găsiți sinus, cosinus, tangentă, cotangentă fără ele? Dar exact acest lucru este necesar atunci când rezolvați probleme.

Prima formulă pe care trebuie să o știți când începeți să studiați trigonometria spune că suma pătratelor sinusului și cosinusului unui unghi este egală cu unu. Această formulă este o consecință directă a teoremei lui Pitagora, dar economisește timp dacă trebuie să cunoști dimensiunea unghiului mai degrabă decât latura.

Mulți elevi nu-și pot aminti a doua formulă, care este, de asemenea, foarte populară atunci când rezolvă probleme școlare: suma lui unu și pătratul tangentei unui unghi este egală cu unul împărțit la pătratul cosinusului unghiului. Aruncă o privire mai atentă: aceasta este aceeași afirmație ca în prima formulă, doar ambele părți ale identității au fost împărțite la pătratul cosinusului. Se dovedește că o simplă operație matematică o face formula trigonometrică complet de nerecunoscut. Amintiți-vă: știind ce sunt sinus, cosinus, tangentă și cotangentă, reguli de transformare și mai multe formule de bază, puteți oricând să derivați formulele mai complexe necesare pe o foaie de hârtie.

Formule pentru unghiuri duble și adăugare de argumente

Încă două formule pe care trebuie să le învățați sunt legate de valorile sinusului și cosinusului pentru suma și diferența unghiurilor. Ele sunt prezentate în figura de mai jos. Vă rugăm să rețineți că, în primul caz, sinus și cosinus sunt înmulțite de ambele ori, iar în al doilea, produsul pe perechi dintre sinus și cosinus este adăugat.

Există și formule asociate cu argumente cu unghi dublu. Sunt complet derivate din cele anterioare - ca antrenament încearcă să le obții singur luând unghiul alfa egal cu unghiul beta.

În cele din urmă, rețineți că formulele cu unghi dublu pot fi rearanjate pentru a reduce puterea sinusului, cosinusului, tangentei alfa.

Teoreme

Cele două teoreme principale în trigonometrie de bază sunt teorema sinusului și teorema cosinusului. Cu ajutorul acestor teoreme, puteți înțelege cu ușurință cum să găsiți sinusul, cosinusul și tangenta și, prin urmare, aria figurii și dimensiunea fiecărei laturi etc.

Teorema sinusului spune că împărțirea lungimii fiecărei laturi a unui triunghi la unghiul opus are ca rezultat același număr. Mai mult, acest număr va fi egal cu două raze ale cercului circumscris, adică cercul care conține toate punctele unui triunghi dat.

Teorema cosinusului generalizează teorema lui Pitagora, proiectând-o pe orice triunghi. Se pare că din suma pătratelor celor două laturi, scădeți produsul lor înmulțit cu cosinusul dublu al unghiului adiacent - valoarea rezultată va fi egală cu pătratul celei de-a treia laturi. Astfel, teorema lui Pitagora se dovedește a fi un caz special al teoremei cosinusului.

Greșeli neglijente

Chiar și știind ce sunt sinus, cosinus și tangentă, este ușor să faci o greșeală din cauza distragerii sau a unei erori în cele mai simple calcule. Pentru a evita astfel de greșeli, să aruncăm o privire la cele mai populare.

În primul rând, nu ar trebui să convertiți fracțiile în zecimale până când nu obțineți rezultatul final - puteți lăsa răspunsul ca fracție comună, cu excepția cazului în care se prevede altfel în condiții. O astfel de transformare nu poate fi numită o greșeală, dar trebuie amintit că în fiecare etapă a problemei pot apărea noi rădăcini, care, conform ideii autorului, ar trebui reduse. În acest caz, îți vei pierde timpul cu lucruri inutile operatii matematice. Acest lucru este valabil mai ales pentru valori precum rădăcina lui trei sau rădăcina lui doi, deoarece acestea se găsesc în probleme la fiecare pas. Același lucru este valabil și pentru rotunjirea numerelor „urâte”.

Mai mult, rețineți că teorema cosinusului se aplică oricărui triunghi, dar nu teorema lui Pitagora! Dacă uitați din greșeală să scădeți de două ori produsul laturilor înmulțit cu cosinusul unghiului dintre ele, nu numai că veți obține un rezultat complet greșit, dar veți demonstra și o lipsă totală de înțelegere a subiectului. Acest lucru este mai rău decât o greșeală neglijentă.

În al treilea rând, nu confundați valorile pentru unghiuri de 30 și 60 de grade pentru sinusuri, cosinus, tangente, cotangente. Rețineți aceste valori, deoarece sinusul de 30 de grade este egal cu cosinusul lui 60 și invers. Este ușor să le confundați, în urma căruia veți obține inevitabil un rezultat eronat.

Aplicație

Mulți studenți nu se grăbesc să înceapă să studieze trigonometria, deoarece nu înțeleg sensul său practic. Ce este sinusul, cosinusul, tangenta pentru un inginer sau astronom? Acestea sunt concepte cu ajutorul cărora puteți calcula distanța până la stelele îndepărtate, puteți prezice căderea unui meteorit sau puteți trimite o sondă de cercetare pe o altă planetă. Fără ele, este imposibil să construiești o clădire, să proiectezi o mașină, să calculezi sarcina pe o suprafață sau traiectoria unui obiect. Și acestea sunt doar exemplele cele mai evidente! La urma urmei, trigonometria într-o formă sau alta este folosită peste tot, de la muzică la medicină.

În concluzie

Deci ești sinus, cosinus, tangentă. Le puteți folosi în calcule și rezolva cu succes problemele școlare.

Întregul punct al trigonometriei se reduce la faptul că folosind parametrii cunoscuți ai unui triunghi trebuie să calculați necunoscutele. Există șase parametri în total: lungimea a trei laturi și dimensiunea a trei unghiuri. Singura diferență în sarcini este că sunt date diferite date de intrare.

Acum știți cum să găsiți sinus, cosinus, tangentă pe baza lungimii cunoscute ale catetelor sau ipotenuzei. Deoarece acești termeni nu înseamnă nimic mai mult decât un raport, iar un raport este o fracție, scopul principal al unei probleme de trigonometrie este de a găsi rădăcinile unei ecuații obișnuite sau ale unui sistem de ecuații. Și aici matematica obișnuită a școlii vă va ajuta.