Rozważmy dowolny kąt skierowanykąt skierowanykąt skierowany. Rysujemy go w układzie współrzędnych w taki sposób, że jedno z jego ramion pokrywa się z dodatnią półosią . Niech punkt będzie dowolnym punktem leżącym na końcowym ramieniuramię końcowe kąta skierowanegokońcowym ramieniu wybranego kąta. Odległość punktu od środka układu współrzędnych nazywamy promieniem wodzącym punktu i oznaczamy jako .
Przyjrzyj się poniższej galerii zdjęć i przypomnij sobie definicje funkcji trygonometrycznych kątów w układzie współrzędnych.
RQS4bmF2dNNaW
Galeria zdjęć przedstawia następujące obrazki. Obrazek pierwszy. Ilustracja przedstawia dwuwymiarowy układ współrzędny bez podziałki, z pionową osią Y i poziomą osią X. Punkt O, to początek układu współrzędnych. W pierwszej ćwiartce z punktu O poprowadzono ukośną półprostą oraz zaznaczono na niej punkt P o współrzędnych x;y. Poprowadzono kąt skierowany przeciwnie do ruchu wskazówek zegara od dodatniej półosi O X do półprostej, ten kąt oznaczono jako alfa. Obrazek drugi. Przedstawia on to co na obrazku pierwszym, lecz teraz wykonano rzut punktu P na osie. Odcinek O P oznaczono jako r, odcinek o długości x zaznaczony jest na dodatniej półosi O X oraz odcinek o długości y zaznaczony jest na dodatniej półosi O Y. Na prawo znajduje się informacja: długość odcinka O P równa się r równa się . Obrazek trzeci. Ilustracja przedstawia taki sam układ współrzędnych jak na poprzednim obrazku, lecz tylko zaznaczonymi odcinkami y oraz r. Na prawo znajduje się informacja: sinus alfa równa się . Obrazek czwarty. Na wcześniejszym układzie współrzędnych zaznaczono odcinki x oraz r. Po prawo znajduje się informacja: cosinus alfa równa się . Obrazek piąty. Na wcześniejszym układzie współrzędnych zaznaczono odcinki x oraz y. Informacja po prawej: tangens alfa równa się oraz x nie jest równy zero. Obrazek szósty. Zaznaczono odcinki x oraz y na układzie współrzędnych. Informacja po prawej: cotangens alfa równa się .
Galeria zdjęć przedstawia następujące obrazki. Obrazek pierwszy. Ilustracja przedstawia dwuwymiarowy układ współrzędny bez podziałki, z pionową osią Y i poziomą osią X. Punkt O, to początek układu współrzędnych. W pierwszej ćwiartce z punktu O poprowadzono ukośną półprostą oraz zaznaczono na niej punkt P o współrzędnych x;y. Poprowadzono kąt skierowany przeciwnie do ruchu wskazówek zegara od dodatniej półosi O X do półprostej, ten kąt oznaczono jako alfa. Obrazek drugi. Przedstawia on to co na obrazku pierwszym, lecz teraz wykonano rzut punktu P na osie. Odcinek O P oznaczono jako r, odcinek o długości x zaznaczony jest na dodatniej półosi O X oraz odcinek o długości y zaznaczony jest na dodatniej półosi O Y. Na prawo znajduje się informacja: długość odcinka O P równa się r równa się . Obrazek trzeci. Ilustracja przedstawia taki sam układ współrzędnych jak na poprzednim obrazku, lecz tylko zaznaczonymi odcinkami y oraz r. Na prawo znajduje się informacja: sinus alfa równa się . Obrazek czwarty. Na wcześniejszym układzie współrzędnych zaznaczono odcinki x oraz r. Po prawo znajduje się informacja: cosinus alfa równa się . Obrazek piąty. Na wcześniejszym układzie współrzędnych zaznaczono odcinki x oraz y. Informacja po prawej: tangens alfa równa się oraz x nie jest równy zero. Obrazek szósty. Zaznaczono odcinki x oraz y na układzie współrzędnych. Informacja po prawej: cotangens alfa równa się .
Obliczając wartości funkcji trygonometrycznych dla kątów i , wykorzystamy trójkąt równoboczny o boku :
RUutl1abXyIPV
Ilustracja przedstawia trójkąt równoramienny. Został on podzielony na pół wzdłuż pionowej wysokości opuszczonej na poziomą podstawę z górnego wierzchołka. Powstał trójkąt prostokątny, jego przyprostokątne to pionowa wysokość trójkąta równoramiennego oraz połowa poziomej podstawy trójkąta równoramiennego, przeciwprostokątna to prawe ramię trójkąta równoramiennego. Trójkąt prostokątny zamalowano kolorem pomarańczowym oraz zaznaczono długości boków: przeciwprostokątna ma długość r, przyprostokątne zamalowanego trójkąta wynoszą r oraz r. Zaznaczono również kąty: pomiędzy krótszą przyprostokątną a przeciwprostokątną wynosi 60 stopni, pomiędzy dłuższą przyprostokątną a przeciwprostokątną wynosi 30 stopni, kąt prosty znajduje się pomiędzy dłuższą przyprostokątną a krótszą przyprostokątną.
Wartości funkcji trygonometrycznych kąta
Umieszczamy trójkąt równoboczny odpowiednio w układzie współrzędnych, wykorzystując fakt, że: :
R1YsPhVjYmRoC
Ilustracja przedstawia ukośną półprostą na układzie współrzędnych bez podziałki. Układ współrzędnych posiada poziomą oś X i pionową oś Y. Półprosta znajduje się w drugiej ćwiartce. Półprosta zaczyna się w punkcie O, który jest początkiem układu współrzędnych oraz jest nachylona pod kątem 120 stopni do dodatniej półosi O X. Na półprostej oznaczono punkt P o współrzędnych x; y. Punkt ten zrzutowano, a rzuty utworzyły trójkąt prostokątny o następujących bokach: przeciwprostokątna O P opisana jako odcinek r, pozioma przyprostokątna o długości , leżąca na ujemnej półosi O X oraz pionowa przyprostokątna o długości . Trójkąt ten wypełniono kolorem pomarańczowym. Z punktu P poprowadzono również linią przerywaną ukośny odcinek do ujemnej półosi O X nachylony pod kątem 60 stopni. Odcinek ten wraz odcinkiem O P i odcinkiem leżącym na ujemnej półosi O X pomiędzy nimi tworzą wspólnie trójkąt równoboczny o boku o długości r.
Punkt o promieniu wodzącym równym , leżący na ramieniu końcowym kąta ma współrzędne: i , tj. .
Z definicji funkcji trygonometrycznych mamy, że:
Tangens możemy również wyliczyć stosując poznany wcześniej związek między funkcjami trygonometrycznymi tego samego kąta: .
Wartości funkcji trygonometrycznych kąta
Umieszczamy trójkąt równoboczny odpowiednio w układzie współrzędnych, wykorzystując fakt, że: :
R1JNfdJpiZ6t2
Ilustracja przedstawia układ współrzędnych bez przedziałki, z osią poziomą X, osią pionową Y oraz punkt O to początek układu. W drugiej ćwiartce tego układu znajduje się ukośna półprosta o początku w punkcie O. Półprosta jest nachylona pod kątem 150 stopni do dodatniej półosi O X. Na półprostej zaznaczono punkt P o współrzędnych x;y oraz rzutowano go. Rzut utworzył trójkąt prostokątny o przeciwprostokątnej O P oznaczonej jako r, pionowej przyprostokątnej o długości oraz poziomej przyprostokątnej o długości . Trójkąt pokolorowano kolorem pomarańczowym. Z punktu O poprowadzono ukośną linię przerywaną. Znajduje się ona w trzeciej ćwiartce układu współrzędnych. Przerywaną linią przedłużono krótszą przyprostokątną pomarańczowego trójkąta w kierunku ujemnej półosi O Y. Dwie linie przerywane spotkały się w jednym miejscu, kąt pomiędzy nimi wynosi 60 stopni.
Punkt o promieniu wodzącym równym , leżący na ramieniu końcowym kąta ma współrzędne: i , tj. .
Z definicji funkcji trygonometrycznych mamy, że:
Tangens możemy również wyliczyć korzystając ze wzoru: .
Wartości funkcji trygonometrycznych kąta
Obliczając wartości funkcji trygonometrycznych kąta wykorzystamy kwadrat o przekątnej długości „”. Bok takiego kwadratu ma długość .
R99HoFi3xGvMT
Ilustracja przedstawia kwadrat podzielony na pół po przekątnej r. Górny i prawy bok narysowano linią przerywaną, natomiast część figury ograniczoną lewym bokiem, dolnym bokiem oraz przeciwprostokątną zamalowano na pomarańczowo. Część ta to trójkąt prostokątny o przekątnej długości r. Przyprostokątne mają długość . Kąt pomiędzy bokiem trójkąta a przeciwprostokątną jest równy 45 stopni.
Z twierdzenia Pitagorasa mamy bowiem:
więc
Umieszczamy kwadrat odpowiednio w układzie współrzędnych, wykorzystując fakt, że: :
RgeNL5FhteJow
Ilustracja przedstawia układ współrzędnych bez podziałki oraz ukośną półprostą zawartą w drugiej ćwiartce. Układ współrzędnych ma poziomą oś X i pionową oś Y. Punkt O to początek układu współrzędnych, natomiast punkt P to punkt leżący na półprostej o współrzędnych x;y. Półprosta ma swój początek w punkcie O oraz jest nachylona pod kątem 135 stopni do dodatniej półosi O X. Wykonano rzutowanie punktu P na osie układu współrzędnych. Powstał kwadrat, przedzielony przekątną O P. Zamalowano dolną część, czyli trójkąt prostokątny kolorem pomarańczowym. Zaznaczono długości boków powstałego trójkąta: przyprostokątne mają równą długość, wynoszą , natomiast przeciwprostokątna wynosi r.
Punkt o promieniu wodzącym równym , leżący na ramieniu końcowym kąta ma współrzędne: i , tj. .
Z definicji funkcji trygonometrycznych mamy:
Tangens możemy również wyliczyć korzystając ze wzoru: .
Zbierzmy wyliczone wartości funkcji w tabeli:
RkQoNhrD00KsG
Ilustracja przedstawia tabelę wartości sinusa, cosinusa oraz tangensa dla 120 stopni, 135 stopni i 150 stopni. Sinus 120 stopni wynosi , sinus 135 stopni wynosi , sinus 150 stopni wynosi . Cosinus 120 stopni wynosi , cosinus 135 stopni wynosi , cosinus 150 stopni wynosi . Tangens 120 stopni wynosi , tangens 135 stopni wynosi minus 1, tangens 150 stopni wynosi .
Przykład 1
Punkt leży na końcowym ramieniu kątaramię końcowe kąta skierowanegokońcowym ramieniu kąta . Obliczymy drugą współrzędną tego punku.
Rozwiązanie
Oznaczymy przez długość promienia wodzącego punktu .
Ponieważ znamy wartość odciętej punktu , to korzystamy z definicji cosinusa: .
Mamy więc i , zatem , więc .
Do wyznaczenia wartości rzędnej punktu wykorzystamy definicję sinusa kąta: .
Mamy więc i , co daje: , stąd .
Współrzędną „” możemy wyznaczyć także ze wzoru: . Po jego przekształceniu otrzymamy: . Podstawiając i otrzymamy:
.
Są dwie liczby których kwadrat wynosi :
i
a ponieważ punkt znajduje się w drugiej ćwiartce układu współrzędnych, gdzie , więc .
Odpowiedź:
Druga współrzędna punktu wynosi .
Przykład 2
Punkt leży na końcowym ramieniu kąta . Wiedząc, że promień wodzący tego punktu: , obliczymy współrzędne punktu .
Rozwiązanie
Ponieważ znamy długość promienia wodzącego punktu , to do wyznaczenia wartości rzędnej tego punktu wykorzystamy definicję funkcji sinus: .
Skoro , to zachodzi równość . Po przekształceniu otrzymujemy, że , czyli .
Do wyznaczenia wartości odciętej punktu wykorzystamy definicję cosinusa: .
Mamy zatem , więc po przekształceniu otrzymujemy, że:
Ostatecznie: .
Inne sposoby wyznaczenia współrzędnej „”:
Znając wartość możemy wyliczyć wartość również ze wzoru: .
Po przekształceniu wzoru otrzymamy: , a podstawiając i otrzymujemy:
Są dwie liczby, których kwadrat wynosi : i , a ponieważ w drugiej ćwiartce układu współrzędnych , więc .
Możemy również wykorzystać fakt, że przyprostokątne w trójkącie prostokątnym równoramiennym są równe, więc (bo w ćwiartce układu współrzędnych ), czyli .
Odpowiedź:
.
Przykład 3
Obliczymy wartość wyrażenia: .
Rozwiązanie
Odpowiedź:
Wartość wyrażenia wynosi .
Przykład 4
Obliczymy wartość ułamka: .
Rozwiązanie
Odpowiedź:
Wartość ułamka wynosi .
Słownik
kąt skierowany
kąt skierowany
para uporządkowanych półprostych o wspólnym początku, z których pierwszą nazywamy ramieniem początkowym, a drugą ramieniem końcowym kąta skierowanego