Ta ściąga ze wzorów trygonometrycznych zawiera tożsamości, których uczniowie używają najczęściej: podstawowe definicje, tożsamości odwrotne i pitagorejskie oraz wzory na dodawanie, odejmowanie, podwajanie i połowienie kąta.

Najlepiej myśleć o wzorach trygonometrycznych jako o układzie powiązanych zależności, a nie przypadkowym zbiorze reguł. Definicje w trójkącie prostokątnym wyjaśniają ilorazy, a okrąg jednostkowy pokazuje, dlaczego te same zależności pojawiają się dla dowolnego kąta.

Podstawowe wzory trygonometryczne, których naprawdę używasz

Dla kąta θ\theta w trójkącie prostokątnym:

sinθ=oppositehypotenuse,cosθ=adjacenthypotenuse,tanθ=oppositeadjacent\sin \theta = \frac{\text{opposite}}{\text{hypotenuse}}, \quad \cos \theta = \frac{\text{adjacent}}{\text{hypotenuse}}, \quad \tan \theta = \frac{\text{opposite}}{\text{adjacent}}

Jeśli cosθ0\cos \theta \ne 0, tangens jest ilorazem sinusa i cosinusa:

tanθ=sinθcosθ\tan \theta = \frac{\sin \theta}{\cos \theta}

Funkcje odwrotne to:

cscθ=1sinθ,secθ=1cosθ,cotθ=1tanθ=cosθsinθ\csc \theta = \frac{1}{\sin \theta}, \quad \sec \theta = \frac{1}{\cos \theta}, \quad \cot \theta = \frac{1}{\tan \theta} = \frac{\cos \theta}{\sin \theta}

Te podstawowe definicje działają bezpośrednio w trójkątach prostokątnych. W szerszych zadaniach z trygonometrii te same zależności interpretuje się zwykle na okręgu jednostkowym.

Tożsamości pitagorejskie

To są tożsamości, które pojawiają się bez przerwy przy upraszczaniu wyrażeń:

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1 1+tan2θ=sec2θwhen cosθ01 + \tan^2 \theta = \sec^2 \theta \quad \text{when } \cos \theta \ne 0 1+cot2θ=csc2θwhen sinθ01 + \cot^2 \theta = \csc^2 \theta \quad \text{when } \sin \theta \ne 0

Pierwsza tożsamość jest najważniejsza. Dwie pozostałe wynikają z podzielenia przez cos2θ\cos^2 \theta lub sin2θ\sin^2 \theta, więc warunek dotyczący mianownika ma znaczenie.

Wzory na sumę i różnicę kątów

Używaj ich, gdy zapisujesz kąt jako sumę lub różnicę dwóch łatwiejszych kątów:

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) = \sin \alpha \cos \beta + \cos \alpha \sin \beta sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ\sin(\alpha - \beta) = \sin \alpha \cos \beta - \cos \alpha \sin \beta cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ\cos(\alpha + \beta) = \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ\cos(\alpha - \beta) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta tan(α+β)=tanα+tanβ1tanαtanβ\tan(\alpha + \beta) = \frac{\tan \alpha + \tan \beta}{1 - \tan \alpha \tan \beta} tan(αβ)=tanαtanβ1+tanαtanβ\tan(\alpha - \beta) = \frac{\tan \alpha - \tan \beta}{1 + \tan \alpha \tan \beta}

W przypadku tangensa mianownik nie może być równy 00, a każda użyta wartość tangensa musi być określona.

Wzory na podwójny i połowę kąta

Wzory na podwójny kąt są przydatne, gdy ten sam kąt występuje dwa razy:

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2 \sin \theta \cos \theta cos(2θ)=cos2θsin2θ\cos(2\theta) = \cos^2 \theta - \sin^2 \theta

Równoważne postacie wzoru na cosinus to:

cos(2θ)=2cos2θ1=12sin2θ\cos(2\theta) = 2\cos^2 \theta - 1 = 1 - 2\sin^2 \theta tan(2θ)=2tanθ1tan2θ\tan(2\theta) = \frac{2\tan \theta}{1 - \tan^2 \theta}

Wzory na połowę kąta to:

sin(θ2)=±1cosθ2\sin\left(\frac{\theta}{2}\right) = \pm \sqrt{\frac{1 - \cos \theta}{2}} cos(θ2)=±1+cosθ2\cos\left(\frac{\theta}{2}\right) = \pm \sqrt{\frac{1 + \cos \theta}{2}} tan(θ2)=sinθ1+cosθ=1cosθsinθ\tan\left(\frac{\theta}{2}\right) = \frac{\sin \theta}{1 + \cos \theta} = \frac{1 - \cos \theta}{\sin \theta}

W przypadku wzorów z pierwiastkiem na połowę kąta znak zależy od ćwiartki, w której leży θ/2\theta/2.

Przykład: oblicz sin75\sin 75^\circ

Zapisz 7575^\circ jako 45+3045^\circ + 30^\circ i użyj wzoru na sumę kątów:

sin(75)=sin(45+30)\sin(75^\circ) = \sin(45^\circ + 30^\circ) =sin45cos30+cos45sin30= \sin 45^\circ \cos 30^\circ + \cos 45^\circ \sin 30^\circ

Teraz podstaw znane wartości dla kątów szczególnych:

=(22)(32)+(22)(12)= \left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right) + \left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)\left(\frac{1}{2}\right) =64+24=6+24= \frac{\sqrt{6}}{4} + \frac{\sqrt{2}}{4} = \frac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}

To jest główny schemat w zadaniach z dokładnymi wartościami trygonometrycznymi: rozbij trudniejszy kąt na znane kąty, a potem ostrożnie zastosuj odpowiedni wzór.

Najczęstsze błędy przy wzorach trygonometrycznych

  1. Mylenie tożsamości z równaniami. Tożsamość jest prawdziwa dla każdego kąta, dla którego obie strony są określone. Równanie takie jak sinθ=12\sin \theta = \frac{1}{2} jest prawdziwe tylko dla konkretnych kątów.
  2. Zapominanie o warunkach dziedziny. tanθ\tan \theta, secθ\sec \theta oraz wzory z nich zbudowane nie są określone, gdy cosθ=0\cos \theta = 0.
  3. Pomijanie znaku we wzorach na połowę kąta. Znak ±\pm wyznacza ćwiartka kąta θ/2\theta/2, a nie sam znak θ\theta.
  4. Przepisanie złego znaku we wzorach na kąty. Wzory na cosinus szczególnie łatwo pomylić.
  5. Używanie definicji z trójkąta prostokątnego poza ich zakresem bez przejścia do interpretacji na okręgu jednostkowym. Dla kątów większych niż ostre kąty trójkąta bezpieczniejsza jest interpretacja przez okrąg jednostkowy.

Kiedy używa się wzorów trygonometrycznych

Tych wzorów używa się do upraszczania wyrażeń trygonometrycznych, rozwiązywania równań trygonometrycznych, wyznaczania wartości dokładnych oraz w analizie matematycznej, na przykład przy pochodnych, całkach i podstawieniach. Pojawiają się też w fizyce i inżynierii wszędzie tam, gdzie problem dotyczy obrotu, fal, drgań lub ruchu okresowego.

W praktyce schemat działania jest zwykle taki: rozpoznaj wzór, sprawdź warunek, wybierz pasującą tożsamość, a potem upraszczaj na tyle powoli, żeby nie zgubić znaków.

Spróbuj podobnego zadania

Spróbuj obliczyć cos15\cos 15^\circ, zapisując 1515^\circ jako 453045^\circ - 30^\circ. Jeśli wynik jest dokładny i dodatni, to znaczy, że dobrze użyłeś tej ściągi.

Potrzebujesz pomocy z zadaniem?

Prześlij pytanie i otrzymaj zweryfikowane rozwiązanie krok po kroku w kilka sekund.

Otwórz GPAI Solver →