Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Definicje funkcji trygonometrycznych

Rozważmy dowolny kąt skierowanykąt skierowanykąt skierowany. Rysujemy go w układzie współrzędnych w taki sposób, że jedno z jego ramion pokrywa się z dodatnią półosią X. Niech punkt P=x;y będzie dowolnym punktem leżącym na końcowym ramieniuramię końcowe kąta skierowanegokońcowym ramieniu wybranego kąta. Odległość punktu P od środka układu współrzędnych nazywamy promieniem wodzącym punktu P i oznaczamy jako r.

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 x2+y2. 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 yr. Obrazek czwarty. Na wcześniejszym układzie współrzędnych zaznaczono odcinki x oraz r. Po prawo znajduje się informacja: cosinus alfa równa się xr. Obrazek piąty. Na wcześniejszym układzie współrzędnych zaznaczono odcinki x oraz y. Informacja po prawej: tangens alfa równa się yx oraz x nie jest równy zero. Obrazek szósty. Zaznaczono odcinki x oraz y na układzie współrzędnych. Informacja po prawej: cotangens alfa równa się xy.

Obliczając wartości funkcji trygonometrycznych dla kątów 120°150°, wykorzystamy trójkąt równoboczny o boku r:

RUutl1abXyIPV

Wartości funkcji trygonometrycznych kąta 120°

Umieszczamy trójkąt równoboczny odpowiednio w układzie współrzędnych, wykorzystując fakt, że: 120°=180°-60°:

R1YsPhVjYmRoC

Punkt P o promieniu wodzącym równym r, leżący na ramieniu końcowym kąta 120° ma współrzędne: x=-r2y=r32, tj. P=-r2;r32.

Z definicji funkcji trygonometrycznych mamy, że:

sin120°=yr=r32r=32
cos120°=xr=-r2r=-12
tg120°=yx=r32-r2=-3

Tangens 120° możemy również wyliczyć stosując poznany wcześniej związek między funkcjami trygonometrycznymi tego samego kąta: tgα=sinαcosα.

tg120°=sin120°cos120°=32-12=-3

Wartości funkcji trygonometrycznych kąta 150°

Umieszczamy trójkąt równoboczny odpowiednio w układzie współrzędnych, wykorzystując fakt, że: 150°=180°-30°:

R1JNfdJpiZ6t2

Punkt P o promieniu wodzącym równym r, leżący na ramieniu końcowym kąta 150° ma współrzędne: x=-r32y=r2, tj. P=-r32;r2.

Z definicji funkcji trygonometrycznych mamy, że:

sin150°=yr=r2r=12
cos150°=xr=-r32r=-32
tg150°=yx=r2-r32=-13=-1·33·3=-33

Tangens 150° możemy również wyliczyć korzystając ze wzoru: tgα=sinαcosα.

tg150°=sin150°cos150°=12-32=-13=-33

Wartości funkcji trygonometrycznych kąta 135°

Obliczając wartości funkcji trygonometrycznych kąta 135° wykorzystamy kwadrat o przekątnej długości „r”. Bok takiego kwadratu ma długość r22.

R99HoFi3xGvMT

Z twierdzenia Pitagorasa mamy bowiem:

a2+a2=r2
2a2=r2
a2=r22
więc a=r2=r22·2=r22

Umieszczamy kwadrat odpowiednio w układzie współrzędnych, wykorzystując fakt, że: 135°=180°-45°:

RgeNL5FhteJow

Punkt P o promieniu wodzącym równym r, leżący na ramieniu końcowym kąta 135° ma współrzędne: x=-r22y=r22, tj. P=-r22;r22.

Z definicji funkcji trygonometrycznych mamy:

sin135°=yr=r22r=22
cos135°=xr=-r22r=-22
tg135°=yx=r22-r22=-1

Tangens 135° możemy również wyliczyć korzystając ze wzoru: tgα=sinαcosα.

tg135°=sin135°cos135°=22-22=-22=-1

Zbierzmy wyliczone wartości funkcji w tabeli:

RkQoNhrD00KsG
Przykład 1

Punkt P=-1;y leży na końcowym ramieniu kątaramię końcowe kąta skierowanegokońcowym ramieniu kąta 120°. Obliczymy drugą współrzędną tego punku.

Rozwiązanie

Oznaczymy przez r długość promienia wodzącego punktu P.

Ponieważ znamy wartość odciętej punktu P, to korzystamy z definicji cosinusa: cos120°=xr.

Mamy więc xr=-12x=-1, zatem -1r=-12, więc r=2.

Do wyznaczenia wartości rzędnej punktu P wykorzystamy definicję sinusa kąta: sin120°=yr.

Mamy więc yr=32r=2, co daje: y2=32, stąd y=3.

Współrzędną „y” możemy wyznaczyć także ze wzoru: r=x2+y2. Po jego przekształceniu otrzymamy: y2=r2-x2. Podstawiając x=-1r=2 otrzymamy:

y2=22--12=3.

Są dwie liczby których kwadrat wynosi 3:

3-3

a ponieważ punkt P znajduje się w drugiej ćwiartce układu współrzędnych, gdzie y>0, więc y=3.

Odpowiedź:

Druga współrzędna punktu P wynosi 3.

Przykład 2

Punkt P=x;y leży na końcowym ramieniu kąta 135°. Wiedząc, że promień wodzący tego punktu: r=32, obliczymy współrzędne punktu P.

Rozwiązanie

Ponieważ znamy długość promienia wodzącego punktu P, to do wyznaczenia wartości rzędnej tego punktu wykorzystamy definicję funkcji sinus: sin135°=yr.

Skoro r=32, to zachodzi równość y32=22. Po przekształceniu otrzymujemy, że y=22·32 , czyli y=2·322=3·22=3.

Do wyznaczenia wartości odciętej punktu P wykorzystamy definicję cosinusa: cos135°=xr.

Mamy zatem x32=-22, więc po przekształceniu otrzymujemy, że:

x=-22·32 =-2·322=-3·22=-3

Ostatecznie: P=-3;3.

Inne sposoby wyznaczenia współrzędnej „x”:

Znając wartość y możemy wyliczyć wartość x również ze wzoru: r=x2+y2.

Po przekształceniu wzoru otrzymamy: x2=r2-y2, a podstawiając y=3r=32 otrzymujemy:

x2=322-32=18-9=9

Są dwie liczby, których kwadrat wynosi 9: 3-3, a ponieważ w drugiej ćwiartce układu współrzędnych x<0, więc x=-3.

Możemy również wykorzystać fakt, że przyprostokątne w trójkącie prostokątnym równoramiennym są równe, więc x=-y (bo w II ćwiartce układu współrzędnych x<0), czyli x=-3.

Odpowiedź:

P=-3;3.

Przykład 3

Obliczymy wartość wyrażenia: 3cos150°+2sin135°tg2150°.

Rozwiązanie

3cos150°+2sin135°tg2150°=3·-32+2·22-332=-32+2239=-1213=-12·3=-32

Odpowiedź:

Wartość wyrażenia wynosi -32.

Przykład 4

Obliczymy wartość ułamka: 9sin150°+4cos120°3sin150°-2cos120°.

Rozwiązanie

9sin150°+4cos120°3sin150°-2cos120°=9·12+4·-123·12-2·-12=92-4232+22=5252=1

Odpowiedź:

Wartość ułamka wynosi 1.

Słownik

kąt skierowany
kąt skierowany

para uporządkowanych półprostych o wspólnym początku, z których pierwszą nazywamy ramieniem początkowym, a drugą ramieniem końcowym kąta skierowanego

ramię końcowe kąta skierowanego
ramię końcowe kąta skierowanego

drugie ramię kąta skierowanego