Чому дорівнює синус косінус тангенс? Визначення синуса, косинуса, тангенсу та котангенсу

Лекція: Синус, косинус, тангенс, котангенс довільного кута

Синус, косинус довільного кута

Щоб зрозуміти, що таке тригонометричні функції, звернемося до кола з одиничним радіусом. Це коло має центр на початку координат на координатній площині. Для визначення заданих функцій будемо використовувати радіус-вектор ВР, який починається в центрі кола, а точка Рє точкою кола. Даний радіус-вектор утворює кут альфа з віссю ОХ. Оскільки коло має радіус, що дорівнює одиниці, то ОР = R = 1.

Якщо з точки Ропустити перпендикуляр на вісь ОХ, то отримаємо прямокутний трикутник з гіпотенузою, що дорівнює одиниці.

Якщо радіус-вектор рухається за годинниковою стрілкою, то цей напрямок називається негативним, якщо він рухається проти руху годинникової стрілки - позитивним.

Синусом кута ВР, є ордината точки Рвектор на колі.

Тобто для отримання значення синуса даного кута альфа необхідно визначитися з координатою Уна площині.

Як це значення було отримано? Так як ми знаємо, що синус довільного кута в прямокутному трикутнику - це відношення протилежного катета до гіпотенузи, отримаємо, що

А оскільки R = 1, то sin(α) = y 0 .

У одиничному колі значення ординати може бути менше -1 і більше 1, отже,

Синус набуває позитивного значення в першій і другій чверті одиничного кола, а в третій і четвертій - негативне.

Косинусом кутаданого кола, утвореного радіусом-вектором ВР, є абсциса точки Рвектор на колі.

Тобто для отримання значення косинуса даного кута альфа необхідно визначитися з координатою Хна площині.

Косинус довільного кута у прямокутному трикутнику - це відношення прилеглого катета до гіпотенузи, отримаємо, що

А оскільки R = 1, то cos(α) = x 0 .

У одиничному колі значення абсциси може бути менше -1 і більше 1, отже,

Косинус набуває позитивного значення в першій і четвертій чверті одиничного кола, а в другій і в третій - негативне.

Тангенсомдовільного кутавважається ставлення синуса до косінус.

Якщо розглядати прямокутний трикутник, це відношення протилежного катета до прилеглого. Якщо ж йдеться про одиничне коло, то це ставлення ординати до абсцису.

Судячи з даних відносин, можна зрозуміти, що тангенс не може існувати, якщо значення абсциси дорівнює нулю, тобто при куті 90 градусів. Всі інші значення може приймати тангенс.

Тангенс має позитивне значення у першій та третій чверті одиничного кола, а у другій та четвертій є негативним.

Я думаю, ви заслуговуєте більше, ніж це. Ось мій ключ до тригонометрії:

Намалюйте купол, стіну та стелю
Тригонометричні функції - це не що інше, як відсоткове відношення цих трьох форм.

Метафора для синуса та косинуса: купол

Замість того, щоб просто дивитися на самі трикутники, уявіть їх у дії, знайшовши якийсь приклад з життя.

Уявіть, ніби ви перебуваєте посередині бані і хочете підвісити екран для кінопроектора. Ви вказуєте пальцем на купол під деяким кутом "x", і до цієї точки повинен бути підвішений екран.

Кут, на який ви вказуєте, визначає:

синус(x) = sin(x) = висота екрана (від підлоги до точки кріплення на куполі)
косинус(x) = cos(x) = відстань від вас до екрана (по підлозі)
гіпотенуза, відстань від вас до верхівки екрана, завжди однакова, і радіусу купола

Бажаєте, щоб екран був максимально великий? Повісьте його над собою.

Бажаєте, щоб екран висів на максимальній відстані від вас? Вішайте його прямо перпендикулярно. У екрані буде нульова висота в цьому положенні, і він висітиме найбільш віддалено, як ви і просили.

Висота і відстань від екрану обернено пропорційні: чим ближче висить екран, тим його висота буде більшою.

Синус та косинус - це відсотки

Ніхто в роки мого навчання, на жаль, не пояснив мені, що тригонометричні функції синус та косинус – це не що інше, як відсотки. Їх значення варіюються від +100% до 0 і -100%, або від позитивного максимуму до нуля і до негативного максимуму.

Скажімо, я сплатив податок 14 рублів. Ви не знаєте, наскільки багато. Але якщо сказати, що я заплатив 95% як податок, ви зрозумієте, що мене просто обдерли, як липку.

Абсолютна висота ні про що не каже. Але якщо значення синуса становить 0.95, я розумію, що телевізор висить майже на верхівці вашого купола. Незабаром він досягне максимальної висоти по центру бані, а потім почне знову знижуватися.

Як ми можемо визначити цей відсоток? Дуже просто: поділіть поточне значення висоти екрану на максимально можливе (радіус бані, який також називають гіпотенузою).

Ось чомунам кажуть, що "Косінус = протилежний катет / гіпотенуза". Це все для того, щоб отримати відсоток! Найкраще визначити синус як “відсоток поточної висоти максимально можливої”. (Синус стає негативним, якщо ваш кут вказує "під землю". Косинус стає негативним, якщо кут вказує на точку купола позаду вас).

Спростимо розрахунки, припустивши, що ми знаходимося в центрі одиничного кола (радіус = 1). Ми можемо пропустити поділ і просто взяти синус, що дорівнює висоті.

Кожне коло, по суті, є одиничним, збільшеним або зменшеним у масштабі до потрібного розміру. Тому визначте зв'язки одиничного кола та застосуйте результати до вашого конкретного розміру кола.

Поекспериментуйте: візьміть будь-який кут і подивіться, яке відсоткове співвідношення висоти до ширини він відображає:

Графік зростання значення синуса – не просто пряма лінія. Перші 45 градусів покривають 70% висоти, а останні 10 градусів (з 80 ° до 90 °) покривають лише 2%.

Так вам стане зрозумілішим: якщо йти по колу, при 0° ви піднімаєтесь майже вертикально, але в міру підходу до верхівки купола, висота змінюється дедалі менше.

Тангенс та секанс. Стіна

Одного разу сусід збудував стіну прямо впритулдо вашого куполу. Плакали ваш вигляд з вікна та гарна ціна для перепродажу!

Але чи можна якось виграти у цій ситуації?

Звісно так. А якщо ми повісимо кіноекран прямо на сусідську стіну? Ви націлюєтеся на кут (х) і отримуєте:

тангенс(x) = tan(x) = висота екрану на стіні
відстань від вас до стіни: 1 (це радіус вашого бані, стіна нікуди не рухається від вас, вірно?)
секанс(x) = sec(x) = “довжина сходів” від вас, що стоїть у центрі купола, до верхівки підвішеного екрану

Давайте уточнимо пару моментів щодо тангенсу, або висоти екрану.

він починається на 0 і може підніматися нескінченно високо. Ви можете розтягувати екран все вище та вище на стіні, щоб отримати просто нескінченне полотно для перегляду улюбленого фільму! (На такий величезний, звичайно, доведеться пристойно витратитися).
тангенс – це просто збільшена версія синуса! І доки приріст синуса сповільнюється в міру просування до верхівки купола, тангенс продовжує зростати!

Секансу теж є чим похвалитися:

секанс починається з 1 (сходи лежить на підлозі, від вас до стіни) і починає підніматися звідти
Секанс завжди довший за тангенс. Нахилені сходи, за допомогою яких ви вішаєте свій екран, повинні бути довшими, ніж сам екран, вірно? (При нереальних розмірах, коли екран дуже довгий, і сходи потрібно ставити практично вертикально, їх розміри майже однакові. Але навіть тоді секанс буде трохи довше).

Пам'ятайте, значення є відсотками. Якщо ви вирішили повісити екран під кутом 50 градусів, tan(50) = 1.19. Ваш екран на 19% більше, ніж відстань до стіни (радіус бані).

(Введіть x=0 та перевірте свою інтуїцію - tan(0) = 0, а sec(0) = 1.)

Котангенс та косеканс. Стеля

Неймовірно, але ваш сусід тепер вирішив звести перекриття над вашим куполом. (Що з ним таке? Він, мабуть, не хоче, щоб ви за ним підглядали, поки він розгулює по двору голяка…)

Ну що ж, настав час збудувати вихід на дах і поговорити з сусідом. Ви вибираєте кут нахилу, і починаєте будівництво:

вертикальна відстань між виходом на даху та підлогою завжди дорівнює 1 (радіусу купола)
котангенс(x) = cot(x) = відстань між верхівкою бані та місцем виходу
косеканс(x) = csc(x) = довжина вашого шляху на дах

Тангенс та секанс описує стіну, а КОтангенс та КОсеканс описує перекриття.

Наші інтуїтивні висновки цього разу схожі на попередні:

Якщо ви візьмете кут, що дорівнює 0°, ваш вихід на дах триватиме нескінченно, оскільки ніколи не досягне перекриття. Проблема.
найкоротший "трап" на дах вийде, якщо будувати його під кутом 90 градусів до підлоги. Котангенс дорівнюватиме 0 (ми взагалі не пересуваємося вздовж даху, виходимо строго перпендикулярно), а косеканс дорівнює 1 (“довжина трапу” буде мінімальною).

Візуалізуйте зв'язки

Якщо всі три випадки намалювати в комбінації купол-стіна-перекриття, вийде таке:

Ну треба ж, це все той самий трикутник, збільшений у розмірі, щоб дістати до стіни і до перекриття. У нас є вертикальні сторони (синус, тангенс), горизонтальні сторони (косинус, котангенс) та “гіпотенузи” (секанс, косеканс). (За стрілками ви можете бачити, доки доходить кожен елемент. Косеканс – це повна відстань від вас до даху).

Трохи чаклунства. Усі трикутники об'єднують одні й ті самі рівності:

З теореми Піфагора (a 2 + b 2 = c 2) бачимо, як пов'язані сторони кожного трикутника. Крім того, співвідношення типу "висота до ширини" повинні бути однаковими для всіх трикутників. (Просто відступіть від найбільшого трикутника до меншого. Так, розмір змінився, але пропорції сторін залишаться незмінними).

Знаючи, який бік у кожному трикутнику дорівнює 1 (радіусу купола), ми легко обчислимо, що “sin/cos = tan/1”.

Я завжди намагався запам'ятати ці факти шляхом простої візуалізації. На картинці ти чітко бачиш ці залежності і розумієш, звідки вони беруться. Цей прийом набагато краще за навчання сухих формул.

Не варто забувати про інші кути

Тсс ... Не потрібно зациклюватися на одному графіку, думаючи, що тангенс завжди менше 1. Якщо збільшити кут, можна дійти до стелі, не досягнувши стіни:

Зв'язки Піфагора завжди працюють, але відносні розміри можуть бути різними.

(Ви, напевно, помітили, що співвідношення синус і косинус завжди найменші, тому що вони укладені всередині купола).

Підсумуємо: що нам потрібно запам'ятати?

Для більшості з нас, я сказав би, що цього буде достатньо:

тригонометрія пояснює анатомію математичних об'єктів, таких як кола та інтервали, що повторюються.
аналогія купол/стіна/дах показує зв'язок між різними тригонометричними функціями
результатом тригонометричних функцій є відсотки, які ми застосовуємо до сценарію.

Вам не потрібно запам'ятовувати формули типу 1 2 + cot 2 = csc 2 . Вони годяться хіба що для дурних тестів, у яких знання факту видається за його розуміння. Витратьте хвилинку, щоб намалювати півколо у вигляді купола, стіну та дах, підпишіть елементи, і всі формули самі напросяться вам на папір.

Додаток: зворотні функції

Будь-яка тригонометрична функція використовує як вхідний параметр кут і повертає результат у вигляді відсотка. sin(30) = 0.5. Це означає, що кут 30 градусів займає 50% від максимальної висоти.

Зворотна тригонометрична функція записується як sin-1 або arcsin (“арксинус”). Також часто пишуть asin у різних мовах програмування.

Якщо наша висота складає 25% від висоти бані, який наш кут?

У нашій табличці пропорцій можна знайти співвідношення, де секанс ділиться на 1. Наприклад, секанс на 1 (гіпотенуза до горизонталі) дорівнює 1 поділити на косинус:

Допустимо, наш секанс дорівнює 3.5, тобто. 350% від радіусу одиничного кола. Якому куту нахилу до стіни це значення відповідає?

Додаток: Кілька прикладів

Приклад: Знайти синус кута x.

Нудна задача. Давайте ускладнимо банальне “знайти синус” до “Яка висота у відсотках від максимуму (гіпотенузи)?”.

По-перше, зауважте, що трикутник повернутий. В цьому немає нічого страшного. Також у трикутника є висота, вона на малюнку вказана зеленим.

А чому дорівнює гіпотенуза? За теоремою Піфагора, ми знаємо, що:

3 2 + 4 2 = гіпотенуза 2 25 = гіпотенуза 2 5 = гіпотенуза

Добре! Синус - це відсоток висоти від найдовшої сторони трикутника або гіпотенузи. У прикладі синус дорівнює 3/5 чи 0.60.

Звичайно, ми можемо йти кількома шляхами. Тепер ми знаємо, що синус дорівнює 0.60, і ми можемо просто знайти арксинус:

Asin (0.6) = 36.9

А ось ще один підхід. Зауважте, що трикутник стоїть "віч-на-віч до стіни", так що замість синуса ми можемо використовувати тангенс. Висота дорівнює 3, відстань стіні - 4, отже тангенс дорівнює ¾ чи 75%. Ми можемо використовувати арктангенс, щоб із відсоткового значення повернутися назад у кут:

Tan = 3/4 = 0.75 atan (0.75) = 36.9 Приклад: А чи ви допливете до берега?

Ви у човні, і у вас є достатньо палива, щоб пропливти 2 км. Зараз ви знаходитесь в 0.25 км. від берега. Під яким максимальним кутом до берега ви можете доплисти так, щоб вистачило палива? Доповнення до умови завдання: у нас є лише таблиця значень арккосинусов.

Що ми маємо? Берегову лінію можна як “стіну” у нашому знаменитому трикутнику, а “довжину сходів”, приставленої до стіни - максимально можливою переборною відстанню на човні до берега (2 км). Вимальовується секанс.

Спочатку потрібно перейти на відсотки. У нас є 2 / 0.25 = 8, тобто ми можемо пропливти відстань, в 8 разів більшу за пряму дистанцію до берега (або до стіни).

Виникає питання "Чому дорівнює секанс 8?". Але ми не можемо дати на нього відповіді, тому що у нас є тільки арккосинуси.

Ми використовуємо наші раніше виведені залежності, щоб прив'язати секанс до косінусу: “sec/1 = 1/cos”

Секанс 8 дорівнює косінус ⅛. Кут, косинус якого ⅛ дорівнює acos(1/8) = 82.8. І це найбільший кут, який ми можемо собі дозволити на човні із зазначеною кількістю пального.

Непогано, правда? Без аналогії з куполом-стіною-стелею, я б заплутався в купі формул та обчислень. Візуалізація завдання сильно спрощує пошук рішення, до того ж цікаво побачити, яка тригонометрична функція в результаті допоможе.

При вирішенні кожного завдання думайте так: мене цікавить купол (sin/cos), стіна (tan/sec) чи стеля (cot/csc)?

І тригонометрія стане набагато приємніше. Легких вам обчислень!

Сінусгострого кута α прямокутного трикутника – це відношення протилежногокатета до гіпотенузи.
Позначається так: sin α.

Косінусгострого кута прямокутного трикутника α – це відношення прилеглого катета до гіпотенузи.
Позначається так: cos α.

Тангенсгострого кута α – це відношення протилежного катета до прилеглого катета.
Позначається так: tg.

Котангенсгострого кута α – це відношення прилеглого катета до протилежного.
Позначається так: ctg?

Синус, косинус, тангенс та котангенс кута залежать тільки від величини кута.

Правила:

Основні тригонометричні тотожності у прямокутному трикутнику:

(α – гострий кут, що протилежить катету b і прилеглий до катета a . Сторона з - Гіпотенуза. β - Другий гострий кут).

b sin α = - c	sin 2 α + cos 2 α = 1
a cos α = - c	1 1 + tg 2 α = - cos 2 α
b tg α = - a	1 1 + ctg 2 α = - sin 2 α
a ctg α = - b	1 1 1 + -- = -- tg 2 α sin 2 α
sin α tg α = - cos α

При зростанні гострого кутаsin α таtg α зростають, аcos α зменшується.

Для будь-якого гострого кута:

sin (90° - α) = cos α

cos (90° - α) = sin α

Приклад-пояснення:

Нехай у прямокутному трикутнику АВС
АВ = 6,
НД = 3,
кут А = 30 º.

З'ясуємо синус кута А та косинус кута В.

Рішення .

1) Спочатку знаходимо величину кута В. Тут все просто: так як у прямокутному трикутнику сума гострих кутів дорівнює 90 º, то кут В = 60 º:

В = 90 º - 30 º = 60 º.

2) Обчислимо sin A. Ми знаємо, що синус дорівнює відношенню протилежного катета до гіпотенузи. Для кута А протилежним катетом є сторона ЗС. Отже:

BC 3 1
sin A = - = - = -
AB 6 2

3) Тепер обчислимо cos B. Ми знаємо, що косинус дорівнює відношенню прилеглого катета до гіпотенузи. Для кута В прилеглим катетом є та сама сторона ВС. Це означає, що знову треба розділити ВС на АВ – тобто здійснити самі дії, як і під час обчислення синуса кута А:

BC 3 1
cos B = - = - = -
AB 6 2

У результаті виходить:
sin A = cos B = 1/2.

sin 30º = cos 60º = 1/2.

З цього випливає, що у прямокутному трикутнику синус одного гострого кута дорівнює косинусу іншого гострого кута – і навпаки. Саме це і означають наші дві формули:
sin (90° - α) = cos α
cos (90° - α) = sin α

Переконаємося в цьому ще раз:

1) Нехай α = 60 º. Підставивши значення в формулу синуса, отримаємо:
sin (90º – 60º) = cos 60º.
sin 30 º = cos 60 º.

2) Нехай α = 30 º. Підставивши значення в формулу косинуса, отримаємо:
cos (90 ° - 30 º) = sin 30 º.
cos 60 ° = sin 30 º.

(Докладніше про тригонометрію - див. розділ Алгебра)

Одним із розділів математики, з якими школярі справляються з найбільшими труднощами, є тригонометрія. Не дивно: щоб вільно оволодіти цією областю знань, потрібна наявність просторового мислення, вміння знаходити синуси, косинуси, тангенси, котангенси за формулами, спрощувати висловлювання, вміти застосовувати у обчисленнях число пі. Крім цього, потрібно вміти застосовувати тригонометрію за доказом теорем, а це вимагає або розвиненої математичної пам'яті, або вміння виводити непрості логічні ланцюжки.

Витоки тригонометрії

Знайомство з цією наукою слід розпочати з визначення синуса, косинуса і тангенса кута, проте спочатку необхідно розібратися, чим займається тригонометрія.

Історично основним об'єктом дослідження цього розділу математичної науки були прямокутні трикутники. Наявність кута в 90 градусів дає можливість здійснювати різні операції, що дозволяють по двох сторонах і одному куті або по двох кутах і одній стороні визначати значення всіх параметрів фігури, що розглядається. У минулому люди помітили цю закономірність і стали активно нею користуватися при будівництві будівель, навігації, астрономії і навіть у мистецтві.

Початковий етап

Спочатку люди міркували про взаємини кутів і сторін винятково з прикладу прямокутних трикутників. Потім було відкрито спеціальні формули, дозволили розширити межі вживання у повсякденні даного розділу математики.

Вивчення тригонометрії у школі сьогодні починається з прямокутних трикутників, після чого отримані знання використовуються учнями у фізиці та вирішенні абстрактних тригонометричних рівнянь, робота з якими починається у старших класах.

Сферична тригонометрія

Пізніше, коли наука вийшла на наступний рівень розвитку, формули із синусом, косінусом, тангенсом, котангенсом стали використовуватися у сферичній геометрії, де діють інші правила, а сума кутів у трикутнику завжди більша за 180 градусів. Цей розділ не вивчається в школі, проте знати про його існування необхідно як мінімум тому, що земна поверхня, та й поверхня будь-якої іншої планети, є опуклою, а отже, будь-яка розмітка поверхні буде в тривимірному просторі «дугоподібною».

Візьміть глобус та нитку. Прикладіть нитку до двох будь-яких точок на глобусі, щоб вона виявилася натягнутою. Зверніть увагу - вона набула форми дуги. З такими формами і має справу сферична геометрія, що застосовується в геодезії, астрономії та інших теоретичних та прикладних сферах.

Прямокутний трикутник

Дещо дізнавшись про способи застосування тригонометрії, повернемося до базової тригонометрії, щоб надалі розібратися, що таке синус, косинус, тангенс, які розрахунки можна з їх допомогою виконувати і які формули при цьому використовувати.

Насамперед необхідно усвідомити поняття, які стосуються прямокутного трикутника. По-перше, гіпотенуза - це сторона, що лежить навпроти кута 90 градусів. Вона є найдовшою. Ми пам'ятаємо, що за теоремою Піфагора її чисельне значення дорівнює кореню із суми квадратів двох інших сторін.

Наприклад, якщо дві сторони дорівнюють 3 і 4 сантиметрам відповідно, довжина гіпотенузи становитиме 5 сантиметрів. До речі, про це знали ще давні єгиптяни близько чотирьох із половиною тисяч років тому.

Дві сторони, що залишилися, які утворюють прямий кут, звуться катетами. Крім того, треба пам'ятати, що сума кутів у трикутнику у прямокутній системі координат дорівнює 180 градусів.

Визначення

Нарешті, твердо розуміючи геометричну основу, можна звернутися до визначення синуса, косинуса та тангенсу кута.

Синусом кута називається відношення протилежного катета (тобто сторони, що знаходиться навпроти потрібного кута) до гіпотенузи. Косинусом кута називається відношення прилеглого катета до гіпотенузи.

Запам'ятайте, що ні синус, ні косинус не може бути більше одиниці! Чому? Тому що гіпотенуза - це за умовчанням найдовша Яким би довгим не був катет, він буде коротшим за гіпотенузу, а значить, їх відношення завжди буде менше одиниці. Таким чином, якщо у вас у відповіді до завдання вийшов синус або косинус зі значенням більшим, ніж 1, шукайте помилку в розрахунках або міркуваннях. Ця відповідь однозначно невірна.

Нарешті, тангенсом кута називається відношення протилежної сторони до прилеглої. Той самий результат дасть поділ синуса на косинус. Подивіться: відповідно до формули ми ділимо довжину сторони на гіпотенузу, після чого ділимо на довжину другої сторони та множимо на гіпотенузу. Таким чином, ми отримуємо те саме співвідношення, що і у визначенні тангенса.

Котангенс, відповідно, є відношенням прилеглої до кута сторони до протилежної. Той самий результат ми отримаємо, розділивши одиницю на тангенс.

Отже, ми розглянули визначення, що таке синус, косинус, тангенс та котангенс, і можемо зайнятися формулами.

Найпростіші формули

У тригонометрії не обійтися без формул – як знайти синус, косинус, тангенс, котангенс без них? Адже саме це потрібно при вирішенні завдань.

Перша формула, яку необхідно знати, починаючи вивчати тригонометрію, свідчить, що сума квадратів синуса і косинуса кута дорівнює одиниці. Ця формула є прямим наслідком теореми Піфагора, проте дозволяє заощадити час, якщо потрібно дізнатися про величину кута, а не сторони.

Багато учнів що неспроможні запам'ятати другу формулу, також дуже популярну під час вирішення шкільних завдань: сума одиниці і квадрата тангенса кута дорівнює одиниці, поділеної на квадрат косинуса кута. Придивіться: адже це те саме твердження, що й у першій формулі, тільки обидві сторони тотожності були поділені на квадрат косинуса. Виходить, проста математична операція робить тригонометричну формулу абсолютно невпізнанною. Пам'ятайте: знаючи, що таке синус, косинус, тангенс і котангенс, правила перетворення і кілька базових формул ви будь-якої миті зможете самі вивести необхідні складніші формули на аркуші паперу.

Формули подвійного кута та складання аргументів

Ще дві формули, які потрібно вивчити, пов'язані зі значеннями синуса та косинуса при сумі та різниці кутів. Вони представлені нижче. Зверніть увагу, що в першому випадку обидва рази перемножується синус та косинус, а в другому складається попарний добуток синуса та косинуса.

Також є формули, пов'язані з аргументами у вигляді подвійного кута. Вони повністю виводяться з попередніх - як тренування спробуйте отримати їх самостійно, прийнявши кут альфа рівним куту бета.

Нарешті, зверніть увагу, що формули подвійного кута можна перетворити так, щоб знизити рівень синуса, косинуса, тангенса альфа.

Теореми

Двома основними теоремами в базовій тригонометрії є теорема синусів та теорема косінусів. За допомогою цих теорем ви легко зможете зрозуміти, як знайти синус, косинус і тангенс, а отже, і площу фігури, і величину кожної сторони тощо.

Теорема синусів стверджує, що в результаті розподілу довжини кожної зі сторін трикутника на величину протилежного кута ми отримаємо однакове число. Більше того, це число дорівнюватиме двом радіусам описаного кола, тобто кола, що містить всі точки даного трикутника.

Теорема косінусів узагальнює теорему Піфагора, проеціруя її будь-які трикутники. Виявляється, із суми квадратів двох сторін відняти їх добуток, помножений на подвійний косинус суміжного їм кута - отримане значення виявиться рівним квадрату третьої сторони. Таким чином, теорема Піфагора виявляється окремим випадком теореми косінусів.

Помилки з неуважності

Навіть знаючи, що таке синус, косинус і тангенс, легко зробити помилку через неуважність або помилки в найпростіших розрахунках. Щоб уникнути таких помилок, ознайомимося з найпопулярнішими з них.

По-перше, годі було перетворювати прості дроби в десяткові до отримання остаточного результату - можна й відповідь залишити як звичайного дробу, якщо умові не обумовлено зворотне. Таке перетворення не можна назвати помилкою, проте слід пам'ятати, що на кожному етапі завдання можуть з'явитися нові корені, які за задумом автора повинні скоротитися. У цьому випадку ви дарма згаєте час на зайві математичні операції. Особливо це актуально для таких значень, як корінь із трьох або з двох, адже вони зустрічаються в завданнях на кожному кроці. Те саме стосується заокруглень «некрасивих» чисел.

Далі, зверніть увагу, що до будь-якого трикутника застосовна теорема косінусів, але не теорема Піфагора! Якщо ви помилково забудете відняти подвійний твір сторін, помножений на косинус кута між ними, ви не тільки отримаєте абсолютно невірний результат, але й продемонструєте повне нерозуміння предмета. Це гірше, ніж помилка через неуважність.

По-третє, не плутайте значення для кутів 30 і 60 градусів для синусів, косінусів, тангенсів, котангенсів. Запам'ятайте ці значення, адже синус 30 градусів дорівнює косінусу 60, і навпаки. Їх легко переплутати, внаслідок чого ви неминуче отримаєте хибний результат.

Застосування

Багато учнів не поспішають братися до вивчення тригонометрії, оскільки розуміють її прикладного сенсу. Що таке синус, косинус, тангенс для інженера чи астронома? Це поняття, завдяки яким можна вирахувати відстань до далеких зірок, передбачити падіння метеорита, відправити дослідницький зонд на іншу планету. Без них не можна звести будинок, спроектувати автомобіль, розрахувати навантаження на поверхню або траєкторію руху предмета. І це лише очевидні приклади! Адже тригонометрія у тому чи іншому вигляді використовується всюди, починаючи від музики та закінчуючи медициною.

На закінчення

Отже, ви синус, косинус, тангенс. Ви можете використовувати їх у розрахунках та успішно вирішувати шкільні завдання.

Вся суть тригонометрії зводиться до того, що за відомими параметрами трикутника потрібно вирахувати невідомі. Усього цих параметрів шість: довжини трьох сторін та величини трьох кутів. Вся різниця в завданнях полягає в тому, що даються різні вхідні дані.

Як знайти синус, косинус, тангенс, виходячи з відомих довжин катетів або гіпотенузи, ви тепер знаєте. Оскільки ці терміни позначають не що інше, як відношення, а відношення - це дріб, головною метою тригонометричної задачі стає знаходження коренів звичайного рівняння або системи рівнянь. І тут вам допоможе звична шкільна математика.

Тригонометрія, як наука, зародилася на Стародавньому Сході. Перші тригонометричні співвідношення були виведені астрономами для створення точного календаря та орієнтування за зірками. Дані обчислення належали до сферичної тригонометрії, тоді як у шкільному курсі вивчають співвідношення сторін та кута плоского трикутника.

Тригонометрія – це розділ математики, що займається властивостями тригонометричних функцій та залежністю між сторонами та кутами трикутників.

У період розквіту культури та науки I тисячоліття нашої ери знання поширилися з Стародавнього Сходу до Греції. Але основні відкриття тригонометрії – заслуга чоловіків арабського халіфату. Зокрема, туркменський учений аль-Маразві ввів такі функції, як тангенс та котангенс, склав перші таблиці значень для синусів, тангенсів та котангенсів. Поняття синуса та косинуса введено індійськими вченими. Тригонометрії присвячено чимало уваги у працях таких великих діячів давнини, як Евкліда, Архімеда та Ератосфена.

Основні величини тригонометрії

Основні тригонометричні функції числового аргументу – це синус, косинус, тангенс та котангенс. Кожна з них має свій графік: синусоїда, косінусоїда, тангенсоїда та котангенсоїда.

У основі формул до розрахунку значень зазначених величин лежить теорема Піфагора. Школярам вона більше відома у формулюванні: «Піфагорові штани, на всі боки рівні», оскільки доказ наводиться на прикладі рівнобедреного прямокутного трикутника.

Синус, косинус та інші залежності встановлюють зв'язок між гострими кутами та сторонами будь-якого прямокутного трикутника. Наведемо формули для розрахунку цих величин для кута A і простежимо взаємозв'язки тригонометричних функцій:

Як видно, tg та ctg є зворотними функціями. Якщо уявити катет a як добуток sin A та гіпотенузи с, а катет b у вигляді cos A * c, то отримаємо такі формули для тангенсу та котангенсу:

Тригонометричне коло

Графічно співвідношення згаданих величин можна так:

Окружність, у разі, є всі можливі значення кута α — від 0° до 360°. Як видно з малюнка, кожна функція набуває негативного або позитивного значення в залежності від величини кута. Наприклад, sin α буде зі знаком «+», якщо α належить І і ІІ чверті кола, тобто знаходиться у проміжку від 0° до 180°. При від 180° до 360° (III і IV чверті) sin α може бути тільки негативним значенням.

Спробуємо побудувати тригонометричні таблиці для конкретних кутів та дізнатися значення величин.

Значення α рівні 30°, 45°, 60°, 90°, 180° тощо – називають окремими випадками. Значення тригонометричних функцій їм прораховані і представлені у вигляді спеціальних таблиць.

Ці кути обрані зовсім не випадково. Позначення π у таблицях стоїть для радіан. Радий - це кут, при якому довжина дуги кола відповідає її радіусу. Дана величина була введена для того, щоб встановити універсальну залежність, при розрахунках у радіанах не має значення дійсна довжина радіуса см.

Кути в таблицях для тригонометричних функцій відповідають значенням радіан:

Отже, не важко здогадатися, що 2π - це повне коло або 360 °.

Властивості тригонометричних функцій: синус та косинус

Для того, щоб розглянути та порівняти основні властивості синуса та косинуса, тангенсу та котангенсу, необхідно накреслити їх функції. Зробити це можна у вигляді кривої, розташованої у двовимірній системі координат.

Розглянь порівняльну таблицю властивостей для синусоїди та косінусоїди:

Синусоїда	Косинусоїда
y = sin x	y = cos x
ОДЗ [-1; 1]	ОДЗ [-1; 1]
sin x = 0, при x = πk, де k ϵ Z	cos x = 0 при x = π/2 + πk, де k ϵ Z
sin x = 1, за x = π/2 + 2πk, де k ϵ Z	cos x = 1 при x = 2πk, де k ϵ Z
sin x = - 1 при x = 3π/2 + 2πk, де k ϵ Z	cos x = - 1 при x = π + 2πk, де k ϵ Z
sin (-x) = - sin x, тобто функція непарна	cos (-x) = cos x, тобто функція парна
	функція періодична, найменший період - 2π
sin x › 0, при x належить I і II чвертям або від 0° до 180° (2πk, π + 2πk)	cos x › 0, при x належить I і IV чвертям або від 270° до 90° (- π/2 + 2πk, π/2 + 2πk)
sin x ‹ 0, при x належить III і IV чвертям або від 180° до 360° (π + 2πk, 2π + 2πk)	cos x ‹ 0, при x належить II і III чвертям або від 90° до 270° (π/2 + 2πk, 3π/2 + 2πk)
зростає на проміжку [- π/2 + 2πk, π/2 + 2πk]	зростає на проміжку [-π + 2πk, 2πk]
зменшується на проміжках [ π/2 + 2πk, 3π/2 + 2πk]	зменшується на проміжках
похідна (sin x)’ = cos x	похідна (cos x)' = - sin x

Визначити чи є функція парною чи ні дуже просто. Достатньо уявити тригонометричний круг зі знаками тригонометричних величин і подумки «скласти» графік щодо осі OX. Якщо знаки збігаються, функція парна, інакше непарна.

Введення радіан та перерахування основних властивостей синусоїди та косінусоїди дозволяють навести наступну закономірність:

Переконатись у вірності формули дуже просто. Наприклад, для x = π/2 синус дорівнює 1, як і косинус x = 0. Перевірку можна здійснити звернули до таблиць або простеживши криві функцій для заданих значень.

Властивості тангенсоїди та котангенсоїди

Графіки функцій тангенсу та котангенсу значно відрізняються від синусоїди та косинусоїди. Величини tg та ctg є зворотними один одному.

Y = tg x.
Тангенсоіда прагне значень y при x = π/2 + πk, але ніколи не досягає їх.
Найменший позитивний період тангенсоіди дорівнює π.
Tg (- x) = - tg x, тобто функція непарна.
Tg x = 0, при x = πk.
Функція є зростаючою.
Tg x › 0, при x ϵ (πk, π/2 + πk).
Tg x ‹ 0, при x ϵ (— π/2 + πk, πk).
Похідна (tg x)' = 1/cos 2 ⁡x .

Розглянемо графічне зображення котангенсоіди нижче за текстом.

Основні властивості котангенсоіди:

Y = ctg x.
На відміну від функцій синуса і косинуса, в тангенсоіді Y може набувати значення безлічі всіх дійсних чисел.
Котангенсоіда прагне значень y при x = πk, але ніколи не досягає їх.
Найменший позитивний період котангенсоіди дорівнює π.
Ctg (-x) = - ctg x, тобто функція непарна.
Ctg x = 0, при x = π/2 + πk.
Функція є спадною.
Ctg x › 0, при x ϵ (πk, π/2 + πk).
Ctg x ‹ 0, при x ϵ (π/2 + πk, πk).
Похідна (ctg x)’ = — 1/sin 2 ⁡x Виправити