Le funzioni trigonometriche inverse restituiscono un angolo a partire da un valore trigonometrico. In pratica, arcsinx\arcsin x, arccosx\arccos x e arctanx\arctan x restituiscono ciascuna un solo angolo standard, chiamato valore principale, non tutti gli angoli possibili.

Questa restrizione è essenziale. Seno, coseno e tangente ripetono i valori nei loro grafici completi, quindi hanno un'inversa solo dopo essere stati limitati a intervalli in cui ogni output proviene da un solo angolo.

Cosa significano arcsinx\arcsin x, arccosx\arccos x e arctanx\arctan x

Queste definizioni mostrano sia la relazione trigonometrica sia l'intervallo di output ammesso:

arcsinx=ysignificasiny=x e π2yπ2\arcsin x = y \quad \text{significa} \quad \sin y = x \text{ e } -\frac{\pi}{2} \le y \le \frac{\pi}{2} arccosx=ysignificacosy=x e 0yπ\arccos x = y \quad \text{significa} \quad \cos y = x \text{ e } 0 \le y \le \pi arctanx=ysignificatany=x e π2<y<π2\arctan x = y \quad \text{significa} \quad \tan y = x \text{ e } -\frac{\pi}{2} < y < \frac{\pi}{2}

Queste condizioni sugli intervalli non sono un dettaglio in più. Sono ciò che rende l'inversa a valore unico.

Domini e codomini che ti servono davvero

Per le tre funzioni trigonometriche inverse che gli studenti usano più spesso:

arcsinx:1x1,π2yπ2\arcsin x: \quad -1 \le x \le 1, \quad -\frac{\pi}{2} \le y \le \frac{\pi}{2} arccosx:1x1,0yπ\arccos x: \quad -1 \le x \le 1, \quad 0 \le y \le \pi arctanx:xR,π2<y<π2\arctan x: \quad x \in \mathbb{R}, \quad -\frac{\pi}{2} < y < \frac{\pi}{2}

Leggi ogni riga così: prima l'input, poi l'output. Per esempio, arcsinx\arcsin x accetta solo 1x1-1 \le x \le 1 perché il seno non produce mai un valore fuori da quell'intervallo.

Come funzionano i grafici delle inverse trigonometriche

I grafici delle funzioni trigonometriche inverse sono riflessioni rispetto alla retta y=xy = x, ma solo dopo che la funzione trigonometrica originale è stata ristretta a un intervallo biunivoco.

Per esempio, y=arcsinxy = \arcsin x è la riflessione del grafico ristretto del seno

y=sinxperπ2xπ2y = \sin x \quad \text{per} \quad -\frac{\pi}{2} \le x \le \frac{\pi}{2}

rispetto alla retta y=xy = x.

La stessa idea dà queste coppie corrispondenti:

y=arccosxy=cosxper0xπy = \arccos x \leftrightarrow y = \cos x \quad \text{per} \quad 0 \le x \le \pi y=arctanxy=tanxperπ2<x<π2y = \arctan x \leftrightarrow y = \tan x \quad \text{per} \quad -\frac{\pi}{2} < x < \frac{\pi}{2}

Non riflettere il grafico completo e periodico di seno, coseno o tangente. Il grafico completo non supera il test della retta orizzontale, quindi non può avere una funzione inversa.

Un esempio svolto con l'intervallo principale

Calcola

arccos(12)\arccos\left(-\frac{1}{2}\right)

Cerchiamo l'angolo yy tale che cosy=12\cos y = -\frac{1}{2}. Molti angoli vanno bene, ma arccosx\arccos x deve restituire l'angolo nell'intervallo principale

0yπ0 \le y \le \pi

Dentro questo intervallo, l'angolo corretto è y=2π3y = \frac{2\pi}{3}, quindi

arccos(12)=2π3\arccos\left(-\frac{1}{2}\right) = \frac{2\pi}{3}

Questa è l'abitudine principale da sviluppare: non chiederti quale angolo qualsiasi funzioni. Chiediti quale angolo appartiene all'intervallo corretto.

Errori comuni con le inverse trigonometriche

L'errore più comune è confondere le funzioni trigonometriche inverse con le funzioni trigonometriche reciproche. arcsinx\arcsin x non è la stessa cosa di cscx\csc x, e sin1x\sin^{-1} x di solito significa seno inverso, non 1/sinx1/\sin x.

Un altro errore comune è ignorare l'intervallo principale. Per esempio, sin(5π6)=12\sin \left(\frac{5\pi}{6}\right) = \frac{1}{2}, ma

arcsin(12)=π6\arcsin\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{\pi}{6}

perché π6\frac{\pi}{6} è l'angolo che appartiene all'intervallo ammesso per arcsinx\arcsin x.

A volte gli studenti dimenticano anche il dominio. Espressioni come arcsin2\arcsin 2 e arccos(3)\arccos(-3) non hanno valori reali perché seno e coseno non producono output fuori da [1,1][-1,1].

Quando si usano le funzioni trigonometriche inverse

Le funzioni trigonometriche inverse compaiono ogni volta che conosci un rapporto e devi risalire all'angolo. Succede nella geometria dei triangoli rettangoli, nella navigazione, nei problemi di pendenza e direzione, nelle componenti dei vettori e nella modellizzazione basata sui triangoli.

Sono importanti anche in analisi matematica. Le trovi nelle derivate, nelle primitive come 11+x2dx=arctanx+C\int \frac{1}{1+x^2}\,dx = \arctan x + C e nelle sostituzioni che coinvolgono espressioni trigonometriche.

Un modo in 2 passaggi per pensarci

Quando valuti un'espressione con una funzione trigonometrica inversa, fai questi due controlli:

  1. Quale funzione trigonometrica corrisponde al valore che mi è stato dato?
  2. Qual è l'angolo nell'intervallo principale di quella funzione?

Se tieni insieme questi due controlli, formule e grafici diventano molto più facili da leggere.

Prova una tua versione

Prova a calcolare arcsin(22)\arcsin\left(-\frac{\sqrt{2}}{2}\right) e arctan(1)\arctan(1). Se scegli prima l'intervallo principale, entrambe le risposte arrivano rapidamente.

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