Start › Definicje i teoria › Matematyka › Trygonometria
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Trygonometria

Funkcje trygonometryczne kąta ostrego i dowolnego, miara łukowa, jedynka trygonometryczna i związki między funkcjami.

36 definicji
Wzory trygonometryczne — jedynka i redukcyjne LO · szkoła średnia
Jedynka trygonometryczna: $$\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1 \quad \text{(dla każdego } \alpha\text{)}$$ Stąd: $\tan\alpha = \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$; $1 + \tan^2\alpha = \dfrac{1}{\cos^2\alpha}$.
Wzory redukcyjne (zmiana argumentu):
  • $\sin(\pi-\alpha) = \sin\alpha$; $\cos(\pi-\alpha) = -\cos\alpha$
  • $\sin(-\alpha) = -\sin\alpha$; $\cos(-\alpha) = \cos\alpha$ (parzystość/nieparzystość)
  • $\sin(\frac{\pi}{2}-\alpha) = \cos\alpha$; $\cos(\frac{\pi}{2}-\alpha) = \sin\alpha$ (kofunkcje)
Wzory addycyjne:
  • $\sin(\alpha\pm\beta) = \sin\alpha\cos\beta \pm \cos\alpha\sin\beta$
  • $\cos(\alpha\pm\beta) = \cos\alpha\cos\beta \mp \sin\alpha\sin\beta$
Wzory dwukąta: $\sin 2\alpha = 2\sin\alpha\cos\alpha$; $\cos 2\alpha = \cos^2\alpha - \sin^2\alpha$.
Przykład: Mając $\sin\alpha = \frac{3}{5}$, $\alpha \in (0, \frac{\pi}{2})$, oblicz $\cos\alpha$, $\tan\alpha$, $\sin 2\alpha$.
  1. $\cos\alpha = \sqrt{1-\frac{9}{25}} = \frac{4}{5}$ (I ćwiartka: $\cos > 0$)
  2. $\tan\alpha = \frac{3/5}{4/5} = \frac{3}{4}$
  3. $\sin 2\alpha = 2\cdot\frac{3}{5}\cdot\frac{4}{5} = \frac{24}{25}$
⚡ Zapamiętaj: $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$ to Pitagoras na okręgu jednostkowym — punkt $(\cos\alpha, \sin\alpha)$ zawsze leży na okręgu $x^2+y^2=1$. Wszystkie inne wzory wynikają z tej tożsamości.
Funkcje trygonometryczne — definicje jednostkowe LO · szkoła średnia
Definicja: Na okręgu jednostkowym punkt $P$ o kącie $\alpha$: $P=(\cos\alpha, \sin\alpha)$. Stąd: $\tan\alpha=\tfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$, $\cot\alpha=\tfrac{\cos\alpha}{\sin\alpha}$. Dla kąta w trójkącie prostokątnym: sin = naprzeciwko/przeciwprostokątna, cos = przyległy/przeciwprostokątna.
Prosto mówiąc: Wyobraź sobie punkt chodzący po okręgu o promieniu 1. Jego współrzędna pozioma to $\cos\alpha$, pionowa to $\sin\alpha$.
Zastosowanie:
  • Fale i drgania
  • Wektory sił w fizyce
  • Grafika komputerowa (rotacje)
Przykład: $\sin30°=\tfrac{1}{2}$, $\cos60°=\tfrac{1}{2}$, $\tan45°=1$. Dla $135°$: $\sin135°=\sin45°=\tfrac{\sqrt2}{2}$ (sinus w II ćwiartce dodatni), $\cos135°=-\tfrac{\sqrt2}{2}$.
⚡ Zapamiętaj: Mnemotechnika ASTC (All, Sin, Tan, Cos): w I ćwiartce wszystkie dodatnie, w II tylko sin, w III tylko tan, w IV tylko cos.
Równania trygonometryczne — metody rozwiązywania LO · szkoła średnia

Podstawowe rozwiązania ogólne:

$\sin x = a$ → $x = (-1)^k \arcsin a + k\pi$, $k \in \mathbb{Z}$

$\cos x = a$ → $x = \pm \arccos a + 2k\pi$

$\tan x = a$ → $x = \arctan a + k\pi$

Techniki: podstawienie $t = \tan\frac{x}{2}$ (Weierstrass), tożsamości sumy-iloczynu, sprowadzenie do jednej funkcji.

$\sin^2 x + \cos^2 x = 1$ — eliminacja jednej funkcji.

$2\sin^2 x - \sin x - 1 = 0$: podstaw $t = \sin x$ → $(2t+1)(t-1)=0$ → $\sin x = -\frac{1}{2}$ lub $\sin x = 1$.

Zawsze sprawdź, czy rozwiązania należą do żądanego przedziału (np. $[0°, 360°]$).

Jedynka trygonometryczna i tożsamości LO · szkoła średnia
Definicja: Podstawowa: $\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$. Pochodne: $\tan^2\alpha+1=\tfrac{1}{\cos^2\alpha}$, $1+\cot^2\alpha=\tfrac{1}{\sin^2\alpha}$. Wzory redukcyjne: $\sin(\pi-\alpha)=\sin\alpha$, $\cos(\pi-\alpha)=-\cos\alpha$ itd.
Prosto mówiąc: "Jedynka trycjonometryczna" to $\sin^2+\cos^2=1$ — wynika wprost z twierdzenia Pitagorasa na okręgu jednostkowym. Wszystkie inne tożsamości wynikają z niej.
Zastosowanie:
  • Upraszczanie wyrażeń trygonometrycznych
  • Dowody tożsamości
  • Całkowanie wyrażeń trygonometrycznych
Przykład: Uprość: $\tfrac{1-\sin^2\alpha}{\cos\alpha}=\tfrac{\cos^2\alpha}{\cos\alpha}=\cos\alpha$ (dla $\cos\alpha\neq0$). Inny: $\sin^4x+\sin^2x\cos^2x=\sin^2x(\sin^2x+\cos^2x)=\sin^2x$.
⚡ Zapamiętaj: Gdy masz suma/różnica sinusów i cosinusów kwadratowych — zamień używając $\sin^2+\cos^2=1$. To pierwszy krok upraszczania.
Wzory na sinus i cosinus sumy kątów LO · szkoła średnia
Definicja: $\sin(\alpha\pm\beta)=\sin\alpha\cos\beta\pm\cos\alpha\sin\beta$
$\cos(\alpha\pm\beta)=\cos\alpha\cos\beta\mp\sin\alpha\sin\beta$
$\tan(\alpha\pm\beta)=\dfrac{\tan\alpha\pm\tan\beta}{1\mp\tan\alpha\tan\beta}$
Prosto mówiąc: Sinus sumy to "pierwsze × drugie + drugie × pierwsze" (krzyżowo). Cosinus sumy to "pierwsze × pierwsze − drugie × drugie" (z zamianą znaku).
Zastosowanie:
  • Dowód wzorów kąta podwojonego
  • Obliczanie wartości trygonometrycznych (np. 75°=45°+30°)
  • Analiza sygnałów — interferencja fal
Przykład: $\sin75°=\sin(45°+30°)=\sin45°\cos30°+\cos45°\sin30°=\tfrac{\sqrt2}{2}\cdot\tfrac{\sqrt3}{2}+\tfrac{\sqrt2}{2}\cdot\tfrac{1}{2}=\tfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}$.
⚡ Zapamiętaj: Mnemonika: sin(A+B) = "ss+cc" (sinus·cosinus + cosinus·sinus). Cos(A+B) = "cc−ss". Zwróć uwagę na zmianę znaku przy cos.
Wzory na sumę i iloczyn funkcji trygonometrycznych LO · szkoła średnia
Definicja: $\sin\alpha+\sin\beta=2\sin\tfrac{\alpha+\beta}{2}\cos\tfrac{\alpha-\beta}{2}$
$\sin\alpha-\sin\beta=2\cos\tfrac{\alpha+\beta}{2}\sin\tfrac{\alpha-\beta}{2}$
$\cos\alpha+\cos\beta=2\cos\tfrac{\alpha+\beta}{2}\cos\tfrac{\alpha-\beta}{2}$
$\cos\alpha-\cos\beta=-2\sin\tfrac{\alpha+\beta}{2}\sin\tfrac{\alpha-\beta}{2}$
Prosto mówiąc: Sumę sinusów lub cosinusów zamieniasz na iloczyn. Lub odwrotnie — iloczyn na sumę. Przydatne przy całkowaniu i upraszczaniu.
Zastosowanie:
  • Interferometria i teoria fal (prawa beatów)
  • Całkowanie iloczynów trygonometrycznych
  • Upraszczanie wyrażeń w zadaniach
Przykład: $\sin75°+\sin15°=2\sin45°\cos30°=2\cdot\tfrac{\sqrt2}{2}\cdot\tfrac{\sqrt3}{2}=\tfrac{\sqrt6}{2}$.
⚡ Zapamiętaj: Przy całkowaniu $\sin a\cos b$: użyj wzoru iloczynu na sumę: $\sin a\cos b=\tfrac{1}{2}[\sin(a+b)+\sin(a-b)]$.
Twierdzenie sinusów i cosinusów LO · szkoła średnia
Definicja: W trójkącie o bokach $a,b,c$ i kątach $\alpha,\beta,\gamma$:
Twierdzenie sinusów: $\dfrac{a}{\sin\alpha}=\dfrac{b}{\sin\beta}=\dfrac{c}{\sin\gamma}=2R$
Twierdzenie cosinusów: $c^2=a^2+b^2-2ab\cos\gamma$
Prosto mówiąc: Twierdzenie cosinusów to uogólnienie Pitagorasa (dla kąta prostego $\cos90°=0$). Sinus: gdy znasz 2 kąty i bok, lub 2 boki i kąt naprzeciwległy.
Zastosowanie:
  • Wyznaczanie boków i kątów trójkąta dowolnego
  • Nawigacja i kartografia
  • Geometria przestrzenna
Przykład: Trójkąt: $a=5$, $b=7$, $\gamma=60°$. $c^2=25+49-2\cdot5\cdot7\cdot\tfrac{1}{2}=74-35=39$. $c=\sqrt{39}\approx6{,}24$.
⚡ Zapamiętaj: Twierdzenie cosinusów: $c^2=a^2+b^2-2ab\cos C$ (kąt między $a$ i $b$ jest naprzeciwko $c$). Dla kąta prostego: $-2ab\cos90°=0$ → Pitagoras.
Funkcje trygonometryczne — wykresy i okresy LO · szkoła średnia
Definicja: Okresy: $\sin$ i $\cos$: $T=2\pi$; $\tan$ i $\cot$: $T=\pi$. Amplituda $A$: $y=A\sin(\omega x+\varphi)$, $A=|A|$. Pulsacja $\omega$: $T=\tfrac{2\pi}{\omega}$. Przesunięcie fazowe $\varphi$: przesuwa wykres o $-\tfrac{\varphi}{\omega}$ w poziomie.
Prosto mówiąc: $y=3\sin(2x+\tfrac{\pi}{4})$: amplituda 3 (wysokość "fali"), okres $T=\pi$ (co ile się powtarza), przesunięcie $-\tfrac{\pi}{8}$ w lewo.
Zastosowanie:
  • Prąd zmienny (AC): $U=U_0\sin(\omega t+\varphi)$
  • Fale dźwiękowe i elektromagnetyczne
  • Drgania mechaniczne
Przykład: $y=2\cos(3x-\pi)$: amplituda 2, $\omega=3$, $T=\tfrac{2\pi}{3}$, przesunięcie $\tfrac{\pi}{3}$ w prawo. Maks. = 2, min. = −2.
⚡ Zapamiętaj: $T=\tfrac{2\pi}{\omega}$. Amplituda = $|A|$. Przesunięcie $-\tfrac{\varphi}{\omega}$ (minus! bo to "w prawo" gdy $\varphi>0$... sprawdź zawsze).
Pole trójkąta — wzory trygonometryczne LO · szkoła średnia
Definicja: Pole trójkąta: $P=\tfrac{1}{2}ab\sin\gamma$ (dwa boki i kąt między nimi). Wzór Herona: $P=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}$, gdzie $s=\tfrac{a+b+c}{2}$. Związek z promieniem okręgu opisanego: $P=\tfrac{abc}{4R}$.
Prosto mówiąc: Znając dwa boki i kąt między nimi możesz obliczyć pole bez wyznaczania wysokości. $\tfrac{1}{2}ab\sin\gamma$ — to szybki wzór.
Zastosowanie:
  • Obliczanie pól trójkątów w geometrii analitycznej
  • Geodezja — pole działki ze współrzędnych
  • Zastosowania w nawigacji i miernictwie
Przykład: Trójkąt: $a=6$, $b=8$, $\gamma=30°$. $P=\tfrac{1}{2}\cdot6\cdot8\cdot\sin30°=\tfrac{1}{2}\cdot48\cdot\tfrac{1}{2}=12$. Heron: $s=\tfrac{6+8+c}{2}$ (potrzebne $c$ z tw. cosinusów).
⚡ Zapamiętaj: Wzór $P=\tfrac{1}{2}ab\sin C$ działa dla DOWOLNEGO trójkąta. Jest uogólnieniem $P=\tfrac{1}{2}\cdot\text{podstawa}\cdot\text{wysokość}$, bo $h_b=a\sin C$.
Trygonometria w trójkącie LO · szkoła średnia

Funkcje kąta ostrego

W trójkącie prostokątnym, dla kąta $\alpha$:

$$\sin\alpha=\frac{\text{naprzeciw}}{\text{przeciwprostokątna}},\qquad \cos\alpha=\frac{\text{przy kącie}}{\text{przeciwprostokątna}},\qquad \operatorname{tg}\alpha=\frac{\text{naprzeciw}}{\text{przy kącie}}$$

Wartości szczególne

$\sin30^\circ=\frac12$, $\ \cos30^\circ=\frac{\sqrt3}{2}$, $\ \sin45^\circ=\cos45^\circ=\frac{\sqrt2}{2}$, $\ \sin60^\circ=\frac{\sqrt3}{2}$, $\ \cos60^\circ=\frac12$

Związki podstawowe

$$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1,\qquad \operatorname{tg}\alpha=\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$$

Ponadto $\sin\alpha=\cos(90^\circ-\alpha)$ — stąd nazwa „cosinus” (co-sinus, sinus kąta dopełniającego).

Twierdzenie sinusów i cosinusów

$$\frac{a}{\sin\alpha}=\frac{b}{\sin\beta}=\frac{c}{\sin\gamma}=2R$$

$$c^2=a^2+b^2-2ab\cos\gamma$$

Twierdzenie cosinusów uogólnia twierdzenie Pitagorasa — dla $\gamma=90^\circ$ mamy $\cos90^\circ=0$ i wzór redukuje się do $c^2=a^2+b^2$.

Pole trójkąta

$$P=\frac12ab\sin\gamma,\qquad P=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)},\qquad P=\frac{abc}{4R}=sr$$

gdzie $s=\frac{a+b+c}{2}$ (wzór Herona).

Na co uważać

We wzorze $\frac12ab\sin\gamma$ kąt musi leżeć między podanymi bokami. Dla kąta rozwartego cosinus jest ujemny, a sinus wciąż dodatni. Przy danych bok-bok-kąt mogą istnieć dwa różne trójkąty.

Trygonometria — definicja jednostkowa LO · szkoła średnia
Definicja przez okrąg jednostkowy: Dla kąta $\alpha$ (w stopniach lub radianach) zaznaczonego na okręgu jednostkowym ($r=1$), punkt $(x,y)$ na okręgu spełnia: $$\cos\alpha = x, \quad \sin\alpha = y$$ Definicja rozszerza sin i cos na WSZYSTKIE kąty (także $> 90°$ i ujemne).
Prosto mówiąc: Wyobraź okrąg o promieniu 1. Kąt $\alpha$ to obrót od osi $x$. Sinus = wysokość punktu, cosinus = pozioma odległość od środka.
Znaki w ćwiartkach (CAST):
  • I ćwiartka (0°–90°): sin $+$, cos $+$, tg $+$
  • II ćwiartka (90°–180°): sin $+$, cos $-$, tg $-$
  • III ćwiartka (180°–270°): sin $-$, cos $-$, tg $+$
  • IV ćwiartka (270°–360°): sin $-$, cos $+$, tg $-$
Radiany: $180° = \pi$ rad; $90° = \frac{\pi}{2}$; $60° = \frac{\pi}{3}$; $45° = \frac{\pi}{4}$
Przykład: Oblicz $\sin 150°$ i $\cos 150°$.
  1. $150° = 180° - 30°$ → II ćwiartka
  2. $\sin 150° = \sin 30° = \frac{1}{2}$ (sin $+$ w II ćwiartce)
  3. $\cos 150° = -\cos 30° = -\frac{\sqrt{3}}{2}$ (cos $-$ w II ćwiartce)
⚡ Zapamiętaj: Jedynka trygonometryczna: $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$ — zawsze, dla każdego kąta!
Funkcje trygonometryczne dowolnego kąta LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Miara łukowa kąta

Miara łukowa

$$180^\circ=\pi\ \text{rad},\qquad \alpha_{\text{rad}}=\alpha_{\text{st}}\cdot\frac{\pi}{180^\circ}$$

Najczęstsze: $30^\circ=\frac{\pi}{6}$, $45^\circ=\frac{\pi}{4}$, $60^\circ=\frac{\pi}{3}$, $90^\circ=\frac{\pi}{2}$.

$$l=r\alpha,\qquad P_{\text{wycinka}}=\frac{1}{2}r^2\alpha \qquad(\alpha \text{ w radianach})$$

Znaki w ćwiartkach

W I ćwiartce wszystkie funkcje są dodatnie, w II — tylko sinus, w III — tangens i cotangens, w IV — cosinus.

Wzory redukcyjne

$$\sin(180^\circ-\alpha)=\sin\alpha,\qquad \cos(180^\circ-\alpha)=-\cos\alpha$$

$$\sin(90^\circ-\alpha)=\cos\alpha,\qquad \sin(-\alpha)=-\sin\alpha$$

Przy kątach $90^\circ$ i $270^\circ$ funkcja zmienia się na kofunkcję (sin↔cos), przy $180^\circ$ i $360^\circ$ — pozostaje ta sama.

Okresowość

Sinus i cosinus mają okres $2\pi$, tangens i cotangens — okres $\pi$.

Wzory na sumę kątów

$$\sin(\alpha\pm\beta)=\sin\alpha\cos\beta\pm\cos\alpha\sin\beta$$

$$\cos(\alpha\pm\beta)=\cos\alpha\cos\beta\mp\sin\alpha\sin\beta$$

$$\sin2\alpha=2\sin\alpha\cos\alpha,\qquad \cos2\alpha=\cos^2\alpha-\sin^2\alpha$$

Równania trygonometryczne

$$\sin x=a \Rightarrow x=\alpha+2k\pi \ \lor\ x=\pi-\alpha+2k\pi$$

$$\cos x=a \Rightarrow x=\pm\alpha+2k\pi,\qquad \operatorname{tg} x=a \Rightarrow x=\alpha+k\pi$$

Na co uważać

We wzorach $l=r\alpha$ kąt musi być w radianach. Równanie $\sin x=a$ ma w każdym okresie dwa rozwiązania — pominięcie serii $\pi-\alpha$ to klasyczny błąd. W cosinusie znaki we wzorze na sumę są przeciwne niż w sinusie.

Równania trygonometryczne LO · szkoła średnia

Wartości kątów szczególnych

$$\sin 30^\circ=\tfrac12,\quad \sin 45^\circ=\tfrac{\sqrt2}{2},\quad \sin 60^\circ=\tfrac{\sqrt3}{2}$$

$$\cos 30^\circ=\tfrac{\sqrt3}{2},\quad \cos 45^\circ=\tfrac{\sqrt2}{2},\quad \cos 60^\circ=\tfrac12$$

$$\tg 30^\circ=\tfrac{\sqrt3}{3},\quad \tg 45^\circ=1,\quad \tg 60^\circ=\sqrt3$$

Znaki w ćwiartkach

  • I ćwiartka — wszystkie funkcje dodatnie
  • II — dodatni tylko sinus
  • III — dodatni tylko tangens
  • IV — dodatni tylko cosinus

Jedynka trygonometryczna

$$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$$

Zachodzi dla dowolnego kąta. Pozwala policzyć jedną funkcję ze znajomości drugiej, ale daje tylko wartość bezwzględną — znak rozstrzyga informacja o ćwiartce.

Pozostałe tożsamości

$$\tg\alpha=\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha},\qquad 1-\sin^2\alpha=\cos^2\alpha$$

Rozwiązywanie prostych równań

Schemat: wyznacz wartość funkcji, znajdź kąt podstawowy, a potem wszystkie kąty w zadanym przedziale.

  • dla $\sin x=a$ drugie rozwiązanie to $180^\circ-\alpha$
  • dla $\cos x=a$ drugie rozwiązanie to $360^\circ-\alpha$
  • dla $\tg x=a$ kolejne rozwiązania powtarzają się co $180^\circ$

Przykład

Równanie $2\sin x=1$ w przedziale $\langle 0^\circ,\,360^\circ)$. Z $\sin x=\frac12$ mamy kąt podstawowy $30^\circ$, a drugie rozwiązanie to $180^\circ-30^\circ=150^\circ$.

Miara łukowa

$$180^\circ=\pi,\qquad \text{stopnie}\cdot\frac{\pi}{180^\circ}=\text{radiany}$$

Warto pamiętać: $\frac{\pi}{6}=30^\circ$, $\frac{\pi}{4}=45^\circ$, $\frac{\pi}{3}=60^\circ$, $\frac{\pi}{2}=90^\circ$.

Okresowość

Sinus i cosinus mają okres $2\pi$, tangens $\pi$. Dlatego równanie trygonometryczne ma na całej osi nieskończenie wiele rozwiązań — zadanie zwykle ogranicza je do przedziału.

Na co uważać

Najczęstszy błąd to podanie tylko jednego rozwiązania. Na pełnym okręgu równanie z sinusem lub cosinusem ma zwykle dwa rozwiązania — sprawdź obie ćwiartki, w których dana funkcja ma właściwy znak.

Rozwiązywanie równań trygonometrycznych krok po kroku LO · szkoła średnia

Równania podstawowe

$$\sin x=0 \Rightarrow x=k\pi$$

$$\cos x=0 \Rightarrow x=\frac{\pi}{2}+k\pi$$

$$\operatorname{tg}x=0 \Rightarrow x=k\pi$$

gdzie $k\in\mathbb{Z}$.

Sprawdź zakres wartości

Sinus i cosinus mieszczą się w $\langle-1,\ 1\rangle$. Równania $\sin x=2$ czy $\cos x=-3$ nie mają rozwiązań — warto to sprawdzić na samym początku.

Dwa rozwiązania na okres

Dla wartości z wnętrza przedziału $(-1,\ 1)$ sinus i cosinus dają zwykle dwa rozwiązania w każdym okresie. Znajdujemy kąt podstawowy i drugą wartość z odpowiedniej ćwiartki.

Okresy

Sinus i cosinus mają okres $2\pi$, tangens — $\pi$. Dlatego $\operatorname{tg}x=1$ daje rozwiązania odległe o $\pi$: $\frac{\pi}{4}$ i $\frac{5\pi}{4}$.

Podstawienie

Równania typu $2\sin^2x+\sin x-1=0$ rozwiązujemy przez podstawienie $t=\sin x$, gdzie $t\in\langle-1,\ 1\rangle$. Pierwiastki spoza tego przedziału odrzucamy.

Argument złożony

W równaniu $\cos2x=\frac12$ podstawiamy $u=2x$. Gdy $x\in\langle0,\ 2\pi)$, to $u\in\langle0,\ 4\pi)$ — przedział dwukrotnie dłuższy, więc rozwiązań jest więcej.

Rozkład na czynniki

Równanie $\sin x\cos x=0$ rozwiązujemy, przyrównując każdy czynnik do zera. Iloczyn jest zerem, gdy któryś czynnik znika.

Na co uważać

Uwzględniaj oba znaki przy $\cos^2x=\frac14$. Pilnuj przedziału, w którym szukasz rozwiązań, i pamiętaj o różnych okresach funkcji.

Miara łukowa kąta i okresowość funkcji LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Miara łukowa kąta

Radian

Miara łukowa to stosunek długości łuku do promienia — wielkość bezwymiarowa. Pełny kąt to $2\pi$ radianów:

$$360^\circ=2\pi,\qquad 180^\circ=\pi$$

Zamiana jednostek

$$\text{stopnie}\to\text{radiany}:\ \cdot\frac{\pi}{180^\circ},\qquad \text{radiany}\to\text{stopnie}:\ \cdot\frac{180^\circ}{\pi}$$

Warto znać: $\frac{\pi}{6}=30^\circ$, $\frac{\pi}{4}=45^\circ$, $\frac{\pi}{3}=60^\circ$, $\frac{\pi}{2}=90^\circ$.

Długość łuku i pole wycinka

$$l=r\alpha,\qquad P=\frac12 r^2\alpha$$

Wzory działają tylko dla kątów w radianach — to główny powód wprowadzenia miary łukowej.

Okresowość

Funkcja jest okresowa o okresie $T$, gdy $f(x+T)=f(x)$. Sinus i cosinus mają okres $2\pi$, tangens — $\pi$. Dla $y=\sin(bx)$ okres to $\frac{2\pi}{|b|}$.

Parzystość

Cosinus jest parzysty ($\cos(-x)=\cos x$, wykres symetryczny względem osi $OY$), a sinus nieparzysty ($\sin(-x)=-\sin x$, symetryczny względem początku układu).

Na co uważać

Wzory $l=r\alpha$ i $P=\frac12 r^2\alpha$ wymagają radianów. Najmniejszy okres dodatni charakteryzuje funkcję — wielokrotności okresu też są okresami.

Funkcje trygonometryczne kąta wypukłego (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Zakres

Dla kątów od $0^\circ$ do $180^\circ$ definiujemy sinus, cosinus i tangens.

Wzory redukcyjne

$\sin(180^\circ-\alpha)=\sin\alpha$ oraz $\cos(180^\circ-\alpha)=-\cos\alpha$.

Znaki

W drugiej ćwiartce sinus jest dodatni, a cosinus ujemny.

Jedynka trygonometryczna

$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$.

Funkcje trygonometryczne dowolnego kąta (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Okrąg jednostkowy

Dla kąta $\alpha$ punkt na okręgu ma współrzędne $(\cos\alpha,\sin\alpha)$.

Znaki w ćwiartkach

I: wszystkie dodatnie; II: sin$+$; III: tg$+$; IV: cos$+$.

Wartości szczególne

$\sin90^\circ=1$, $\cos180^\circ=-1$, $\sin270^\circ=-1$.

Okresowość

$\sin$ i $\cos$ mają okres $360^\circ$ ($2\pi$), $\operatorname{tg}$ okres $180^\circ$.

Funkcje trygonometryczne kąta ostrego (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Definicje

$\sin\alpha=\frac{a}{c}$, $\cos\alpha=\frac{b}{c}$, $\operatorname{tg}\alpha=\frac{a}{b}$.

Elementy

$a$ — przyprostokątna przeciwległa, $b$ — przyległa, $c$ — przeciwprostokątna.

Wartości

$\sin30^\circ=\frac12$, $\cos45^\circ=\frac{\sqrt2}{2}$, $\operatorname{tg}60^\circ=\sqrt3$.

Jedynka

$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$.

Funkcje trygonometryczne sumy i różnicy kątów (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Sinus

$\sin(\alpha\pm\beta)=\sin\alpha\cos\beta\pm\cos\alpha\sin\beta$.

Cosinus

$\cos(\alpha\pm\beta)=\cos\alpha\cos\beta\mp\sin\alpha\sin\beta$.

Kąt podwójny

$\sin2\alpha=2\sin\alpha\cos\alpha$, $\cos2\alpha=\cos^2\alpha-\sin^2\alpha$.

Zastosowanie

Obliczanie wartości kątów $15^\circ$, $75^\circ$ oraz przekształcanie wyrażeń.

Kąt obrotu (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Kąt obrotu

Kierunek

Kąt dodatni odmierzamy przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, ujemny — zgodnie.

Kąty współkońcowe

Różnią się o wielokrotność $360^\circ$ ($2\pi$).

Miara łukowa

$180^\circ=\pi$ rad; kąt pełny to $2\pi$.

Przykład

$405^\circ$ jest współkońcowy z $45^\circ$.

Nierówności trygonometryczne (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Metoda

Rozwiązujemy je, korzystając z okręgu jednostkowego lub wykresu funkcji.

Zakres wartości

$-1\le\sin x\le1$ oraz $-1\le\cos x\le1$.

Przykład

$\sin x\ge\frac{1}{2}$ dla $x\in\left[\frac{\pi}{6},\frac{5\pi}{6}\right]$ w jednym okresie.

Okresowość

Rozwiązania powtarzają się co okres funkcji.

Trygonometria w stereometrii (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Kąty w bryłach

Kąt nachylenia krawędzi do podstawy wyznaczamy z trójkąta prostokątnego utworzonego przez wysokość i rzut.

Funkcje

$\sin$, $\cos$, $\operatorname{tg}$ kąta ostrego jak w planimetrii.

Kąt dwuścienny

Mierzymy go w płaszczyźnie prostopadłej do krawędzi.

Przykład

W sześcianie przekątna ściany i krawędź tworzą kąt $45^\circ$.

Wykresy funkcji sinus i cosinus (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Kształt

Sinusoida; wartości z przedziału $[-1,1]$.

Okres

$T=2\pi$; $y=\sin(bx)$ ma okres $\frac{2\pi}{b}$.

Przesunięcia

$y=a\sin(x)+c$ zmienia amplitudę $a$ i przesuwa pionowo o $c$.

Miejsca zerowe

$\sin x=0$ dla $x=k\pi$; $\cos x=0$ dla $x=\frac{\pi}{2}+k\pi$.

Wykresy funkcji tangens i cotangens (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Okres

Tangens i cotangens mają okres $\pi$.

Asymptoty

Tangens ma asymptoty pionowe w $\frac{\pi}{2}+k\pi$.

Zbiór wartości

Cały zbiór liczb rzeczywistych.

Monotoniczność

Tangens rośnie w każdym przedziale między asymptotami.

Przekształcenia wykresu funkcji trygonometrycznej (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Amplituda

W $y=a\sin x$ liczba $|a|$ to amplituda (rozciągnięcie pionowe).

Okres

W $y=\sin(bx)$ okres wynosi $\frac{2\pi}{|b|}$.

Przesunięcie

$y=\sin(x-p)+q$ przesuwa wykres o wektor $[p,q]$.

Odbicia

$y=-\sin x$ to odbicie względem osi $OX$.

Funkcje trygonometryczne — zagadnienia uzupełniające (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Tożsamości

$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$, $\operatorname{tg}\alpha=\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$.

Wzory redukcyjne

Sprowadzają funkcje dowolnego kąta do kąta ostrego.

Sumy kątów

$\sin(\alpha\pm\beta)$, $\cos(\alpha\pm\beta)$ oraz wzory na kąt podwójny.

Równania

Rozwiązujemy z użyciem okręgu jednostkowego i okresowości.

Trygonometria — zastosowania (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Pomiary pośrednie

Obliczamy wysokości i odległości niedostępne bezpośrednio.

Kąt nachylenia

Z tangensa wyznaczamy nachylenie stoku lub drogi.

Twierdzenia

Twierdzenie sinusów i cosinusów rozwiązują dowolny trójkąt.

Przykład

Wysokość drzewa: $h=d\cdot\operatorname{tg}\alpha$, gdzie $d$ to odległość, $\alpha$ kąt.

Wartości funkcji trygonometrycznych kątów 18, 36, 54, 72 stopni (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Pochodzenie

Wynikają z pięciokąta foremnego i związane są z liczbą złotą.

Wartość

$\cos36^\circ=\frac{1+\sqrt5}{4}$.

Zależności

$\sin18^\circ=\cos72^\circ$ oraz $\cos54^\circ=\sin36^\circ$ (kąty dopełniające).

Zastosowanie

Konstrukcje pięciokąta i obliczenia w wielokątach foremnych.

Ruch po okręgu (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Ruch po okręgu

Okres i częstotliwość

Okres $T$ to czas jednego obiegu; częstotliwość $f=\frac{1}{T}$.

Prędkość kątowa

$\omega=\frac{2\pi}{T}$ (radiany na sekundę).

Długość łuku

$l=r\alpha$ (kąt w radianach).

Zastosowanie

Modelowanie obrotów, zegarów, kół.

Przybliżone wartości funkcji trygonometrycznych (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Źródła

Wartości odczytujemy z tablic lub kalkulatora.

Wartości dokładne

Dla kątów $30^\circ,45^\circ,60^\circ$ znamy wartości dokładne.

Zaokrąglenia

Wyniki podajemy z ustaloną dokładnością, np. do dwóch miejsc.

Zastosowanie

Obliczenia w zadaniach praktycznych i geometrii.

Związki między funkcjami trygonometrycznymi (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Jedynka trygonometryczna

$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$.

Tangens

$\operatorname{tg}\alpha=\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$ dla $\cos\alpha\neq0$.

Zastosowanie

Znając jedną funkcję i ćwiartkę, wyznaczamy pozostałe.

Przykład

Jeśli $\sin\alpha=\frac35$ i $\alpha$ ostry, to $\cos\alpha=\frac45$.

Sumy i różnice funkcji trygonometrycznych (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Sinusy

$\sin\alpha+\sin\beta=2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}$.

Cosinusy

$\cos\alpha+\cos\beta=2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}$.

Zastosowanie

Zamiana sumy na iloczyn ułatwia rozwiązywanie równań trygonometrycznych.

Wzory redukcyjne (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Wzory redukcyjne

Cel

Sprowadzają wartości funkcji dowolnego kąta do funkcji kąta ostrego.

Przykłady

$\sin(180^\circ-\alpha)=\sin\alpha$, $\cos(180^\circ-\alpha)=-\cos\alpha$, $\sin(90^\circ-\alpha)=\cos\alpha$.

Zasada

Znak zależy od ćwiartki, a zamiana funkcji — od tego, czy kąt liczymy od osi $OX$, czy $OY$.

Przekształcenia funkcji trygonometrycznej — przesunięcia (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Przesunięcie poziome

$y=\sin(x-p)$ przesuwa wykres w prawo o $p$.

Przesunięcie pionowe

$y=\sin x+q$ przesuwa wykres w górę o $q$.

Zachowanie okresu

Przesunięcia nie zmieniają okresu ani amplitudy.

Przykład

$\cos x=\sin\left(x+\frac{\pi}{2}\right)$.

Przekształcenia funkcji trygonometrycznej — amplituda i okres (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Amplituda

$y=a\sin x$ ma amplitudę $|a|$; $a\lt 0$ odbija wykres względem osi $OX$.

Okres

$y=\sin(bx)$ ma okres $\frac{2\pi}{|b|}$.

Złożenie

$y=a\sin(bx)$ łączy zmianę amplitudy i okresu.

Przykład

$y=2\sin(3x)$ ma amplitudę $2$ i okres $\frac{2\pi}{3}$.

Trygonometria — zagadnienia uzupełniające (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Tożsamości

$\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$, $\operatorname{tg}\alpha=\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$.

Wzory

Sumy i różnicy kątów, kąt podwójny, wzory redukcyjne.

Równania

Rozwiązujemy z użyciem okręgu jednostkowego i okresowości.

Zastosowania

Wyznaczanie odległości i wysokości w zadaniach praktycznych.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.