wykład 6
Transkrypt
wykład 6
1 WYKŁAD 6 8. TRYGONOMETRIA. 8.1. FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE KĄTA OSTREGO. SINUSEM kąta nazywamy stosunek przyprostokątnej leżącej naprzeciw kąta do przeciwprostokątnej w trójkącie prostokątnym : = . COSINUSEM kąta nazywamy stosunek przyprostokątnej leżącej przy kącie do przeciwprostokątnej w trójkącie prostokątnym : = . TANGENSEM kąta nazywamy stosunek przyprostokątnej leżącej naprzeciw kąta do przyprostokątnej leżącej przy kącie w trójkącie prostokątnym : = . COTANGENSEM kąta nazywamy stosunek przyprostokątnej leżącej przyprostokątnej leżącej naprzeciwkąta w trójkącie prostokątnym : = 8.2. PODSTAWOWE TOŻSAMOŚCI TRYGONOMETRYCZNE . = = ∙ = − + = . przy kącie do 2 8.3. WARTOŚCI FUNKCJI TRYGONOMETRYCZNCH dla kątów charakterystycznych ≤ ° ° 0 30 45 60 90 √ 1 1 √ √ √ 0 √ 1 √ √ 1 √ 0 0 Przykłady : • Oblicz funkcje trygonometryczne kąta w trójkącie przedstawionym na rysunku : = + = = = = . = = . = = . = = . • Określ pozostałe funkcje trygonometryczne kąta ostrego , jeśli = : + = ⟹ = √ − = − = = , = = • = = i = = . Określ pozostałe funkcje trygonometryczne kąta ostrego , jeśli = : = = = = ⟹ = + = + = = = = √ = √ . 3 • Sprawdź, czy podana zależność jest tożsamością trygonometrią. Podaj konieczne założenia. ∙ = - założenie : = + , ≠ ∝≠ , ≠ ° + ∙ ° ≠ ° + ∙ ° ∙ = ∝ ∝ ∙ = ∝ ∝ ∝ + ∝ ∝ ∙ = + ≡ − !""ż!"ść#$%"&"#$'&. 8.4. MIARA ŁUKOWA KĄTA. Stosunek długości łuku do promienia, którym ten łuk został zatoczony na kącie, nazywamy MIARĄ ŁUKOWĄ KĄTA. Stosunek ten jest wielkością stałą, niezależną od wyboru długości promienia. (= = ᇲ, łᇲ ł Kąt, dla którego długość łuku ł jest równa długości promienia ) nazywamy )*+*,-. )*+* = )*+ = .. /° = .°.′". Weźmy pod uwagę kąt pełny /°. Długość łuku dla takiego kąta jest równa 0). (= Zatem kąt pełny 1/°2 w mierze łukowej odpowiada Można ułożyć proporcję : - stąd : /° ∶ 0 , ( ° ∶ (= ∙ 0° = ∙ /°. ° ° Przykłady : • Zamień na miarę łukową następujące kąty : (= ∙ 0 = ∙ 0 = , 1. = /° ∶ ° ° ° (= 2. = ° ∶ ∙ 0 = ° ° (= 3. = ° ∶ ∙ 0 = ° ° ° , , = 0#3&".. 4 4. = 5. = • ° (= ° ∶ ∙ 0 = ° ° (= ° ∶ ∙ 0 = 0 ° . Zamień na miarę stopniową następujące kąty : (= 1. 0 ∶ ° = ∙ /° = ∙ /° = °. ( = 0 ∶ ° = ∙ /° = /° , 2. ( = 0 ∶ ° = 3. ∙ /° = /° , ( = 0 ∶ ° = ∙ /° = .° , 4. (= 5. 0 8.5. FUNKCJE ∶ ° = ∙ /° = ° . TRYGONOMETRYCZNE KĄTA DOWOLNEGO. KĄTEM SKIEROWANYM nazywamy kąt, którego ramiona zostały uporządkowane. Kąt, w którym przechodząc od ramienia początkowego do końcowego poruszamy się w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara, w matematyce, przyjęto jako KĄT DODATNI. W przeciwnym przypadku jest to KĄT UJEMNY. Umieśćmy w układzie współrzędnych kąt w taki sposób, że jego początkowe ramię pokrywa się z dodatnią półosią 45. Na końcowym ramieniu kąta wybieramy dowolny punkt 6 = 17, 82 różny od punktu 4 = 1, 2. ) = 97 + 8 SINUSEM kąta nazywamy liczbę będącą ilorazem rzędnej 8 punktu 6 przez jego odległość ) od początku układu współrzędnych : = = . COSINUSEM kąta nazywamy liczbę będącą ilorazem odciętej 7 punktu 6 przez jego odległość ) 5 od początku układu współrzędnych : = = . TANGENSEM kąta nazywamy liczbę będącą ilorazem rzędnej 8 punktu 6 przez jego odciętą 7, jeśli wartość tej odciętej jest 7 ≠ . Jeśli wartość odciętej 7 = to tangens nie istnieje : = . COTANGENSEM kąta nazywamy liczbę będącą ilorazem odciętej 7 punktu 6 przez jego rzędną 8, jeśli wartość tej rzędnej jest 8 ≠ . Jeśli wartość rzędnej 8 = to cotangens nie istnieje : = . Analizując tak zdefiniowane funkcje, mona wyciągnąć następujące wnioski : - w zależności od wielkości kąta tzn., w której ”ćwiartce” układu współrzędnych leży ramię końcowe kąta wybrany punkt 6 = 17, 82 ma współrzędne, które mogą być dodatnie lub ujemne, stąd funkcje mogą przyjmować wartości dodatnie lub ujemne. Można to zapisać ”wierszykiem”, łatwym do zapamiętania : w pierwszej ćwiartce wszystkie funkcje są dodatnie, w drugiej tylko sinus, w trzeciej tangens i cotangens, a w czwartej cosinus. - dodatkowo, dla kątów : + 0 → :!;ół#ę3&8 = &!& <=&>' ?@, + 0 → :!;ół#ę3&7 = &!& <=&>' ?@, Przykłady : Oblicz wartości funkcji trygonometrycznych dla kąta w układzie współrzędnych, jeśli punkt 6 leżący na ramieniu końcowym tego kąta ma współrzędne : • 6 = 1−, 2 ) = 91−2 + = √ = /, = , = − , = − • ) = 912 + 1−.2 = √ = ., 8.6.WARTOŚCI ( , = − . 6 = 1, −.2 A = ° 120 0 / √/ − = −, A = = , A − &!& = = . FUNKCJI TRYGONOMETRYCZNCH dla kątów charakterystycznych > 90°. 135 150 180 0 √ 0 / 0 − √/ √ − tg B −√/ − ctg B − √/ / − − √/ / −√/ − _ 210 . 0 225 0 240 0 / √/ √ − √/ √ − − − − √/ / √/ − √/ √/ / 270 / 0 − 300 0 / − 315 . 0 √/ √ − √ _ −√/ − − √/ / − 330 0 360 0 √/ / −√/ _ − √/ − 6 8.7. WZORY REDUKCYJNE Często powstaje konieczność określania funkcji trygonometrycznych dla kątów większych od °, czyli większych niż , za pomocą funkcji trygonometrycznych kątów ostrych. Do tego celu służą WZORY REDUKCYJNE. W literaturze spotyka się znaczną liczbę wzorów redukcyjnych (kilkadziesiąt). Zapamiętywanie ich sprawia wielokrotnie duże obciążenie pamięci. Można jednak wszystkie te wzory zapisać na podstawie pewnej reguły. Weźmy kąt A ∈ 〈 , 0〉 i w zależności od jego wartości ustalamy znak szukanej funkcji ( patrz ”wierszyk” ). Następnie kąt A przedstawiamy w postaci : − E'F ∈ G, , , /, H , A = ∙ ± %3 >ą"!#$, '$E ∈ 〈, 〉 Każdą funkcje trygonometryczną kąta A można określić na podstawie poniższej reguły: I. ?)8@. A = I. ?)8@. J ∙ 0 1& − &;#$!2 = I. ?)8@. &> ± K = L O= "M,)N8" 1& − ;#$!2 = I, ?)8@. Przykłady : Określ funkcje trygonometryczne : • • • • 8.8. 0 = J0 − K = G'$E& = 4H = − = − , ° = 1 ° − /°2 = − /° = − ° = 1.° − /°2 = + /° = √/ , 0 = J0 − K = − = − √ , √ . PARZYSTOŚĆ FUNKCJI TRYGONOMETRYCZNYCH. Porównując wartości funkcji trygonometrycznych kątów ′ otrzymujemy : − = − − %&'(#)*+ ! − = !ą", ż# $ − %&'()*+ ! . − %&'(#)*+ ! − = − − %&'(#)*+ ! − = − 7 8.9. OKRESOWOŚĆ FUNKCJI TRYGONOMETRYCZNYCH. Analizując wzory redukcyjne, dochodzimy do wniosku, że : I. ?)8@. 10 + 2 = I. ?)8@. Łatwo zauważyć, że kąt 01/°2 jest okresem wszystkich funkcji trygonometrycznych, przy czym dla funkcji jest to okres podstawowy. Dla funkcji , analizując dodatkowo wartości tych funkcji w tabelce dla ∈ 〈, 0〉, łatwo zauważyć, że okresem podstawowym tych funkcji jest 01 °2. 8.9. WYKRESY FUNKCJI TRYGONOMETRYCZNYCH. 1. I ∶ 8 = 7+P*7 ∈ ℝ. Na powyższym rysunku przedstawiono konstrukcję funkcji 8 = 7 dla jednego pełnego okresu – wykorzystując w tym celu koło trygonometryczne i definicję funkcji . Cały wykres funkcji 8 = 7, otrzymamy powielając ten odcinek wykresu, gdyż funkcja jest okresowa, a jej podstawowym okresem jest kąt pełny, czyli /°, oraz wiedząc, że jest funkcją nieparzystą, możemy narysować wykres dla 7 < 0. WŁASNOŚCI FUNKCJI • • • • • • • • • • • 33&Q = ℝ, 8 I ∶ 8 = 7+P*7 ∈ ℝ : Fó#:#"ś'RS = 〈−, 〉, <=&>' !">#!":"">#!;"3!:":$T = 0, <=&>' !&;#$!, I = 3E7 = + 0,%3 ∈ ℂ, I > 03E7 ∈ 〈 + 0; 0 + 0) ∈ ℂU, I < 03E7 ∈ 〈0 + 0; 0 + 0) ∈ ℂU, I ↗ 3E7 ∈ J− + 0; + 0K ∈ ℂ, I ↘ 3E7 ∈ J + 0; 0 + 0K ∈ ℂ, <=&>' ;#$ = :#"ść& & !ą#ó:&ą − 3E>ż3%"7 = − + 0, <=&>' ;#$ = :#"ść& :ę>!ą#ó:&ą3E>ż3%"7 = + 0, 2. I ∶ 8 = 7+P*7 ∈ ℝ. Wykres funkcji I ∶ 8 = 7+P*7 ∈ ℝ można uzyskać podobnie jak wykres 8 = 7. z koła trygonometrycznego i wykorzystując definicję. Można też go uzyskać wykorzystując wykres funkcji 8 = 7 i wzór redukcyjny J7 + K = 7. Ze wzoru tego wynika, że wykres funkcji WX = Y− , 0Z. 8 = 7 można uzyskać rzez przesunięcie wykresu funkcji 8 = 7 o wektor V WŁASNOŚCI FUNKCJI • • • • • • • • • • • 33&Q = ℝ, I ∶ 8 = [ 7+P*7 ∈ ℝ : Fó#:#"ś'RS = 〈−, 〉, <=&>' !">#!":"">#!;"3!:":$T = 0, <=&>' !;#$!, I = 3E7 = + 0,%3 ∈ ℂ, I > 03E7 ∈ J− + 0, + 0K ,%3 ∈ ℂ,, I < 03E7 ∈,J + 0, 0 + 0K ,%3 ∈ ℂ,, I ↗ 3E7 ∈ 10 + 0; 0 + 02 ∈ ℂ, I ↘ 3E7 ∈ 1 + 0; 0 + 02 ∈ ℂ, <=&>' ;#$ = :#"ść& & !ą#ó:&ą − 3E>ż3%"7 = 0 + 0, <=&>' ;#$ = :#"ść& :ę>!ą#ó:&ą3E>ż3%"7 = + 0. 9 3. I ∶ 8 = ?@ 7+P*7 ∈ ℝ WŁASNOŚCI FUNKCJI • • • • • • • • • • 4. ∖ \ + 0] %3 ∈ℂ: I ∶ 8 = ?@ 7+P*7 ∈ ℝ ∖ \ + 0] %3 ∈ ℂ : 33&Q = ℝ ∖ \ + 0] %3 ∈ ℂ, Fó#:#"ś'RS = ℝ, <=&>' !">#!":"">#!;"3!:":$T = 0, <=&>' !&;#$!, I = 3E7 = + 0,%3 ∈ ℂ, I > 03E7 ∈ J + 0, + 0K ,%3 ∈ ℂ,, I < 03E7 ∈,J− + 0, + 0K ,%3 ∈ ℂ,, I ↗ 3E7 ∈ J− + 0; + 0K ∈ ℂE& !#"!&ą':'ł 33&, I ↘ 3E7 ∈ ∅, <=&>' &;"!3:#"ś'& & ! , && :ę>! . I ∶ 8 = ?@ 7+P*7 ∈ ℝ ∖ G0H %3 ∈ ℂ. Wykres funkcji 8 = 7 można uzyskać wykorzystując wzór redukcyjny J7 + K = − 7, WX = Y− , Z, a następnie przekształcenia dokonując przesunięcia wykresu funkcji 8 = 7 o wektor ^ symetrycznego względem osi 45. WŁASNOŚCI FUNKCJI • • • • • • • • • • 8.10. : I ∶ 8 = ?@ 7+P*7 ∈ ℝ ∖ G0H %3 ∈ ℂ 33&Q = ℝ ∖ G0H%3 ∈ ℂ, Fó#:#"ś'RS = ℝ, <=&>' !">#!":"">#!;"3!:":$T = 0, <=&>' !&;#$!, I = 3E7 = + 0,%3 ∈ ℂ, I > 03E7 ∈ J + 0, + 0K ,%3 ∈ ℂ,, I < 03E7 ∈,J + 0, 0 + 0K ,%3 ∈ ℂ,, I ↗ 3E7 ∈ ∅ I ↘ 3E7 ∈ 1 + 0; 0 + 02 ∈ ℂE& !#"!&ą':'ł 33& <=&>' &;"!3:#"ś'& & ! , && :ę>! . RÓWNANIA I NIERÓWNOŚCI TRYGONOMETRYCZNE Wyrażenie postaci : I1 7 , 7 , 7 , 72 = &$:$_ÓS`a`bcdT_ef4`4dcT_egR`ed zaś wyrażenie postaci >0 ≥ I1 7 , 7 , 7 , 72 &$:$`bc_ÓS`a`4ŚgbĄT_ef4`4dcT_egR`Ą. <0 ≤ Przykłady : 1. Rozwiąż równania : • 7 = 7 = + 0 ∨ 7 = 0 + 0. • 7 = 7 = + 0 . • 7 = 7 = 0 . • 7 = − 7 = 0 + 0 . • 7 = √ → = J K = , √ 7 = + 0 ∨ 7 = − + 0 . • 7 − 7 = 7 = 7 i h = J − hK 0 0 7 = − 7 + 0 ∨ 7 = − J − 7K + 0 7 = + 0 ∨ = − + 0 − <ł!7 ∈ ∅ . 10 • ?@7 = −√/ 7 = − + 0. • ?@7 = − 11 7 = 0 + 0. • 7 + 7 − 7 = 7 + 7 − j − hk = 7 + 7 − = ∆= + = √∆= / − − / − + / 1 72 = = − ∨ 1 72 = = h = i + li ∨ h = + li ∨ h = i + li. 2. Rozwiąż nierówność : • • • 7 + > 0 7 > − 7∈ℝ. ?@ 7 ≤ m91 2U |?@7| ≤ ?@7 ≥ − ∧ ?@7 ≤ 7 ∈ 〈− + 0, + 0〉. ?@7 + ?@7 ≤ Q ∶ 7 ∈ ℝ ∖ \ + 0, + 0] = ℝ ∖ \ ] ≤ ?@7 ?@ 7 + ≤ ?@7 ?@7 + o ?@ 7 + > 0 ⟹ %p < 0 ∈!ࢌ 7 ∈ J− + 0, + 0K. 8.11. FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE SUMY I RÓŻNICY KĄTÓW. Często w opracowaniach matematycznych występuje potrzeba określenia funkcji trygonometrycznych sumy i różnicy kątów, jeśli znane są funkcje trygonometryczne kątów składowych. Wyprowadzenie tych zależności jest dosyć żmudne, stąd zostanie pominięte. Twierdzenie 1 Jeśli A ∈ ℝ, ": 1 + A2 = ∙ A + A ∙ 1 − A2 = ∙ A − A ∙ 1 + A2 = ∙ A − A 1 − A2 = ∙ A + A 12 Twierdzenie 2 - funkcje trygonometryczne kąta podwojonego Jeśli = A ∈ ℝ to : sin = ∙ = − Przykłady : 1. Oblicz wartości funkcji trygonometrycznych : • • " √#"√$ √ √ √ 0 = 0 = J + K = ∙ + ∙ = ∙ + ∙ = √ √∙#"√$ √ √ = = J − K = ∙ + = ∙ + ∙ = . , 2. Oblicz wartości funkcji ?@17 + 82,?@17 − 82,?@17 + 82"#?@17 − 82, jeśli znasz wartości funkcji ?@7 = ?@8 = /. • ?@17 + 82 %"& = %"& = ∙ " ∙ ࢟ ܛܗ܋∙࢞ ܛܗ܋ ∙ ∙ ∙ '("'( " = '(∙'( = ∙ = −, ࢟ ܛܗ܋∙࢞ ܛܗ܋ ∙ ∙ ࢟ ܛܗ܋∙࢞ ܛܗ܋ ∙ " ∙ ࢟ ܛܗ܋∙࢞ ܛܗ܋ ∙ ∙ ࢟ ܖܑܛ∙࢞ ܖܑܛ ∙ " ∙ ࢟ ܖܑܛ∙࢞ ܖܑܛ ∙ " ∙ ࢟ ܖܑܛ∙࢞ ܖܑܛ ∙ ∙ ࢟ ܖܑܛ∙࢞ ܖܑܛ = "'(∙'( = "∙ = − , • ?@17 − 82 = %& = • ?@17 + 82 = = ∙ = )'(∙'( )'(")'( = • ?@17 − 82 = %& = ∙ = )'(∙'(" )'()'( = 8.12. %& %"& %"& %& ∙ '('( ∙ " = −, ∙ " = −.. SUMY I RÓŻNICE FUNKCJI TRYGONOMETRYCZNYCH. Dobierzmy takie A aby : + A = 7U L −A=8 - rozwiązując powyższy układ równań otrzymamy : = " A = . - a następnie można wyprowadzić wzory : 7 + 8 = 1 + A2 + 1 − A2= = ∙ A + A ∙ + ∙ A − A ∙ = ∙ A = = " ∙ . 7 − 8 = 1 + A2 − 1 − A2= = ∙ A + A ∙ − ∙ A + A ∙ = A ∙ = = " ∙ . 7 + 8 = ( + A) + 1 − A2 = = ∙ A − ∙ A + ∙ A + ∙ A = ∙ A = = " ∙ . 7 − 8 = ( + A) − 1 − A2 = = ∙ A − ∙ A − ∙ A − ∙ A = − ∙ A = = − " ∙ = " ∙ . 13 Przykłady : 1.Sprawdź, czy prawdziwe są następujące tożsamości : • 1 + A2 ∙ 1 − A2 = − A q = 1 + A2 ∙ 1 − A2 = 1 ∙ A + A ∙ 2 ∙ 1 ∙ A − A ∙ 2= = 1 ∙ A2 − 1 A ∙ 2 = ∙ j − Ak − A ∙ j − k = − ∙ A − A + ∙ A = − A q=6 • ,= - jest to zatem tożsamość. = q=6 = ࢻ ࢻ = ࢻ ࢻ ࢻ ࢻ ࢻ ∙ ࢻ = ࢻ ࢻ ࢻ ∙ = . - jest to zatem tożsamość. 2. Przedstaw w postaci iloczynowej następujące wyrażenia : • + √/ − = + √/ − − = √/ − = = J − K = J ∙ − ∙ K = J − K. √ • √ + = J + K = J + K = J + K ∙ J − K. √ 2.Rozwiąż równania trygonometryczne : • • /7 + /7 = √ 0 /7 + J − /7K = √ 0 0 /7 − + /7 /7 + − /7 ∙ = √ 0 0 ∙ J/7 − K = √ 0 √ ∙ ∙ J/7 − K = √r∶ √U 0 J/7 − K = 0 /7 − = + 0 7 = + 0 . 7 + √/ 7 = |∶ U √/ 7 + 7 = 0 0 ∙ 7 + ∙ 7 = i Jh − K = −!ą3 ∶ h − = + liE=Fh − = − + 0 7 = + 0E=F7 = − + 0 . 14 8.13. TWIERDZENIE SINUSÓW. W dowolnym trójkącie stosunek dowolnego boku przez sinus kąta, leżącego naprzeciw tego boku,jest wielkością stałą i równą średnicy okręgu opisanego na tym trójkącie. 8.13. = = = -./"+#. − )*01#ń0*ę/&0) #/0!*ó(ą'#. TWIERDZENIE COSINUSÓW. W dowolnym trójkącie kwadrat długości dowolnego boku, jest zawsze równy sumie kwadratów dwóch pozostałych boków tego trójkąta, pomniejszonej o podwojony iloczyn tych boków i cosinus kąta zawartego między nimi. * = s + − s ∙ s = * + − * ∙ A = * + s − *s ∙ t Przykłady : • W trójkącie dane są długości dwóch boków * = s = , oraz kąt między nimi t = °. Obliczyć długość trzeciego boku , oraz promień okręgu opisanego na tym trójkącie. = * + s − *s ∙ t = + − ∙ ∙ ∙ ° = − ∙ 1 ° − /°2 = = − ∙ 1− /°2 = − √/ , = 9 − √/ . -. = = √ ° _ = 9 − √/. √ = !°" = √ ° = √ = -23 − -√5 . 15 • W trójkącie ABC dane są boki |au| = 5', |ag| = √3' oraz kąt = 30°. Oblicz bok |ug| oraz kąty A. |ug| = 9|ag| + |au| − ∙ |ag| ∙ |ug| ∙ = + / − ∙ ∙ √/ ∙ √ = √/, |ag| √/ √/ ∙ = ∙ /° = ≈ . |ug| √/ !ą3A ≈ /. ° = /°/′""#t = ° − /° − /. ° = /. ° −:#3&!&=!ó: A = • Oblicz długości przekątnych równoległoboku, którego boki mają długości '', zaś kąt = /°. −:#3&'"!&=!ó:: + = 9 + − ∙ ∙ ∙ /° = / − √/ =≈ . .' + = 9 + − ∙ ∙ ∙ ° = 9/ + √/ =≈ . ' . • Długości boków trójkąta są równe , . Oblicz cosinusy kątów trójkąta. −:#3&'"!&=!ó:: = " ∙∙ = = , A = " ∙∙ = = , t = " ∙∙ = .