M_R_W07_M3 Zależności trygonometryczne kąta ostrego
1. Zależności trygonometryczne

Zapewne zdarzyło Ci się oglądać Puchar Świata w Skokach Narciarskich lub tylko jego fragment, gdy zmieniana jest belka startowa, ze względu na warunki atmosferyczne, o czym decydują sędziowie.
Być może zastanawiające wydało Ci się to, jak wraz ze zmianą belki zmienia się odległość skoczka od progu, liczona poziomo a nie wzdłuż rozbiegu, oraz wysokość belki, liczona od poziomu ziemi...
Na to pytanie można łatwo odpowiedzieć, jeśli będziemy umieli znaleźć wartość cosinusa nachylenia skoczni, znając sinus tego kąta.
Obliczysz wartości cosinusa kąta, znając jego sinus.
Obliczysz wartość sinusa kąta, znając jego cosinus.
Poznasz twierdzenie dotyczące jedynki trygonometrycznej.
Wyznaczysz wartość sinusa, gdy dany jest cosinus kąta ostrego i na odwrót.
Wykorzystasz związki między funkcjami trygonometrycznymi do przedstawienia wyrażeń zawierających funkcje trygonometryczne w prostszej postaci.

Sinusem kąta ostrego nazywamy stosunek długości przyprostokątnej leżącej naprzeciwko tego kąta do długości przeciwprostokątnej.
Cosinusem kąta ostrego nazywamy stosunek długości przyprostokątnej leżącej przy tym kącie do długości przeciwprostokątnej.
Tangensem kąta ostrego nazywamy stosunek długości przyprostokątnej leżącej naprzeciwko tego kąta do długości przyprostokątnej leżącej przy tym kącie.
Dla dowolnego kąta ostrego w trójkącie prostokątnym zachodzi równość:
Wzór ten nazywamy jedynką trygonometryczną.
Narysujmy dowolny trójkąt prostokątny o przyprostokątnych długości i , przeciwprostokątnej długości oraz kącie ostrym , leżącym przy boku .

Z definicji funkcji trygonometrycznych wiadomo, że:
oraz .
Zatem:
.
Stosując równanie jedynki trygonometrycznej możemy wyznaczyć wartość sinusa kąta mając podany cosinus lub odwrotnie. Wzór ten stosujemy również dla kątów większych od .
Wyznaczymy wartość , jeżeli dany jest oraz jest kątem ostrym.
W celu wyznaczenia wartości wykorzystamy wzór .
Podstawiamy wartość .
Otrzymujemy równanie:
.
Stąd , więc lub . Ponieważ kąt jest ostry, zatem .
Dla dowolnego kąta mamy, że oraz , zaś dla zachodzą warunki: oraz .
Wyznaczymy wartość , jeżeli dany jest oraz jest kątem ostrym.
W celu wyznaczenia wartości wykorzystamy wzór .
Podstawiamy wartość .
Otrzymujemy równanie:
.
Stąd , więc lub . Ponieważ kąt jest ostry, zatem .
Sprawdzimy, czy istnieje taki kąt , dla którego oraz .
Podane wartości oraz podstawiamy do jedynki trygonometrycznej.
Otrzymujemy: .
Ponieważ , zatem nie istnieje taki kąt.
Wyznaczymy wartość oraz , jeżeli wiadomo że jest kątem ostrym oraz sinus tego kąta jest dwa razy większy od cosinusa.
Z zadania możemy ułożyć następujący warunek:
.
Podany warunek podstawiamy do jedynki trygonometrycznej. Otrzymujemy równanie:
, zatem .
Czyli , więc lub .
Ponieważ jest kątem ostrym, zatem oraz .
Wyznaczymy wartość wyrażenia , jeżeli .
Wykorzystamy wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy.
Zatem mamy:
.
Wiadomo, że stosunek sinusa pewnego kąta ostrego do cosinusa tego kąta wynosi . Wyznaczymy wartość wyrażenia .
Z warunku podanego w zadaniu mamy, że , zatem .
Podstawiamy to wyrażenie do jedynki trygonometrycznej i otrzymujemy: , co po przekształceniu daje .
Z równania otrzymujemy, że , więc , bo jest kątem ostrym.
Zatem .
Szukana suma wynosi .
Zapoznaj się z animacją dotyczącą zastosowania jedynki trygonometrycznej do wyznaczania sinusa lub cosinusa kąta.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RtmPG2DYNHXRl
Film nawiązujący do treści materiału dotyczącego jedynki trygonometrycznej.
Wyznacz wartość , jeżeli:
a) i jest kątem ostrym,
b) oraz jest kątem rozwartym.
Przyjmijmy oznaczenia jak na rysunku.

Wówczas
Wartość drugiego kąta ostrego w podanym trójkącie wynosi . Zatem:
Porównując z powyższymi zależnościami, mamy następujące wzory:
Równość możemy zapisać jako .
Wyrażenie
po przekształceniu wynosi
.
Dla dowolnego kąta ostrego zachodzą następujące zależności:
a) (jedynka trygonometryczna),
b) .

a) Z rysunku możemy odczytać, że: oraz .
Zatem mamy:
.
b) Z rysunku odczytujemy, że .
Z definicji sinusa oraz cosinusa kąta mamy, że:
.
Z powyższego twierdzenia mamy zależność:
Wyznaczymy wartości funkcji trygonometrycznych kąta ostrego , jeżeli wiadomo, że .
Z zależności w trójkącie prostokątnym mamy, że , zatem .
Po podstawieniu do jedynki trygonometrycznej mamy, że .
Otrzymujemy, że , zatem lub .
Ponieważ jest kątem ostrym, więc .
Zatem .
Wyznaczymy wartość wyrażenia , jeżeli oraz jest kątem ostrym.
Po przekształceniu wyrażenie jest postaci .
Wartość wyznaczymy z jedynki trygonometrycznej.
Zatem mamy: .
Z obliczeń mamy, że , więc lub .
Ponieważ jest kątem ostrym, zatem .
Szukana wartość wyrażenia wynosi .
Czy istnieje kąt ostry , dla którego oraz ?
W celu sprawdzenia, czy istnieje taki kąt, wyznaczymy wartość , a następnie wykorzystamy jedynkę trygonometrycznąjedynkę trygonometryczną.
Zatem mamy: .
Podstawiając, otrzymujemy równanie: , więc .
Sprawdzamy, czy zachodzi równość .
Po podstawieniu mamy: .
Zatem nie istnieje taki kąt.
Zapoznaj się z infografiką i wykonaj poniższe polecenie.
Na podstawie zdobytych wiadomości wykonaj zadania:
a) uprość wyrażenie ,
b) wyznacz wartości funkcji oraz kąta ostrego , jeżeli .
Słownik
dla dowolnego kąta zachodzi równość