Le identità trigonometriche sono formule che coinvolgono sin, cos, tan e le funzioni collegate, e che risultano vere per ogni angolo per cui entrambi i membri sono definiti. Se stai cercando le identità goniometriche standard usate in algebra, precalcolo e nei primi corsi di analisi, l’elenco fondamentale comprende le identità reciproche, di quoziente, pitagoriche, di parità, di cofunzione, di somma e differenza, di angolo doppio e di angolo metà.
Il modo più rapido per memorizzarle è raggrupparle in base allo scopo. Alcune riscrivono una funzione trigonometrica in funzione di un’altra, alcune collegano sinθ e cosθ, e altre cambiano l’angolo da θ a 2θ o θ/2.
Che cosa rende un’equazione un’identità trigonometrica?
Un’identità è vera per ogni angolo del suo dominio. Per esempio,
sin2θ+cos2θ=1
è un’identità perché vale per ogni θ.
Al contrario,
sinθ=21
non è un’identità. È vera solo per angoli specifici.
La condizione sul dominio è importante. Per esempio,
tanθ=cosθsinθ
è vera solo quando cosθ=0.
Elenco delle principali identità trigonometriche
Identità reciproche
cscθ=sinθ1,secθ=cosθ1,cotθ=tanθ1
Ogni formula richiede che il denominatore sia diverso da zero.
Identità di quoziente
tanθ=cosθsinθ,cotθ=sinθcosθ
Spesso sono il primo passaggio nei problemi di semplificazione, perché riscrivono tutto in termini di sin e cos.
Identità pitagoriche
sin2θ+cos2θ=11+tan2θ=sec2θ1+cot2θ=csc2θ
La prima identità è l’origine delle altre due.
Identità di parità
sin(−θ)=−sinθ,cos(−θ)=cosθ,tan(−θ)=−tanθ
Lo stesso schema si estende alle funzioni reciproche: csc e cot sono dispari, mentre sec è pari.
Anche la versione per la tangente richiede 1−tan2θ=0.
Identità di angolo metà
Queste si ottengono riorganizzando le formule di angolo doppio.
sin2θ=21−cos(2θ)cos2θ=21+cos(2θ)
Per un angolo scritto come θ/2, le forme con la radice quadrata sono
sin(2θ)=±21−cosθcos(2θ)=±21+cosθ
Il segno dipende dal quadrante di θ/2, quindi il simbolo ± non può essere eliminato alla cieca.
Da dove vengono le principali identità goniometriche
La circonferenza unitaria fornisce la prima identità pitagorica
Sulla circonferenza unitaria, il punto corrispondente all’angolo θ è (cosθ,sinθ). Poiché ogni punto di quella circonferenza soddisfa x2+y2=1, sostituendo x=cosθ e y=sinθ si ottiene
cos2θ+sin2θ=1
Questa è l’identità pitagorica di base.
Le altre identità pitagoriche si ottengono per divisione
Se cosθ=0, dividi
sin2θ+cos2θ=1
per cos2θ:
cos2θsin2θ+1=cos2θ1tan2θ+1=sec2θ
Se sinθ=0, dividendo per sin2θ si ottiene
1+cot2θ=csc2θ
Le identità di angolo doppio derivano dalle formule di somma degli angoli
Si parte da
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
e si pone α=β=θ:
sin(2θ)=2sinθcosθ
Le identità di angolo doppio per coseno e tangente si ricavano allo stesso modo.
Esempio svolto: semplificare un’espressione con angolo doppio
Semplifica
sin(2θ)1−cos(2θ)
per gli angoli per cui l’espressione originale è definita.
Usa le identità di angolo doppio:
1−cos(2θ)=1−(1−2sin2θ)=2sin2θ
e
sin(2θ)=2sinθcosθ
Ora sostituisci:
sin(2θ)1−cos(2θ)=2sinθcosθ2sin2θ=cosθsinθ=tanθ
Questa conclusione è valida solo dove il denominatore originale è diverso da zero, quindi sin(2θ)=0. Questa condizione è importante perché semplificare un fattore può nascondere valori che erano esclusi fin dall’inizio.
Errori comuni con le identità trigonometriche
Ignorare le restrizioni di dominio è l’errore che crea più problemi. Dividere per sinθ o cosθ è valido solo quando quella quantità è diversa da zero.
Un altro errore comune è eliminare il simbolo ± nelle formule di angolo metà. La sola radice quadrata non determina il segno del valore trigonometrico.
Gli studenti confondono anche sin2θ e sin(θ2). La notazione sin2θ significa (sinθ)2.
Quando si usano le identità goniometriche
Le identità goniometriche compaiono ogni volta che devi riscrivere un’espressione in una forma più utile. Questo include semplificare esercizi, dimostrare che due espressioni sono uguali, risolvere equazioni goniometriche e prepararsi ad argomenti di analisi come l’integrazione.
In pratica, molti problemi diventano più semplici una volta che tutto viene riscritto in termini di sinθ e cosθ.
Prova un problema simile
Semplifica
1+cos(2θ)sin(2θ)
usando le identità di angolo doppio, e tieni presente la condizione di dominio dell’espressione originale. Se vuoi fare un passo in più, confronta il tuo risultato con tanθ.
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