Tożsamości trygonometryczne to wzory z funkcjami sin, cos, tan i funkcjami pokrewnymi, które są prawdziwe dla każdego kąta, dla którego obie strony są określone. Jeśli szukasz standardowych tożsamości trygonometrycznych używanych w algebrze, pre-calculus i na początku analizy matematycznej, podstawowa lista obejmuje tożsamości odwrotnościowe, ilorazowe, pitagorejskie, parzystości i nieparzystości, kofunkcyjne, sumy i różnicy, podwójnego kąta oraz połowy kąta.
Najszybciej można je zapamiętać, grupując je według zastosowania. Niektóre przepisują jedną funkcję trygonometryczną za pomocą innej, niektóre łączą sinθ i cosθ, a inne zmieniają kąt z θ na 2θ lub θ/2.
Co sprawia, że równanie jest tożsamością trygonometryczną?
Tożsamość jest prawdziwa dla każdego kąta z jej dziedziny. Na przykład
sin2θ+cos2θ=1
jest tożsamością, ponieważ zachodzi dla każdego θ.
Natomiast
sinθ=21
nie jest tożsamością. Jest prawdziwe tylko dla wybranych kątów.
Warunek dotyczący dziedziny ma znaczenie. Na przykład
tanθ=cosθsinθ
jest prawdziwe tylko wtedy, gdy cosθ=0.
Lista podstawowych tożsamości trygonometrycznych
Tożsamości odwrotnościowe
cscθ=sinθ1,secθ=cosθ1,cotθ=tanθ1
Każdy z tych wzorów wymaga, aby mianownik był różny od zera.
Tożsamości ilorazowe
tanθ=cosθsinθ,cotθ=sinθcosθ
Często są one pierwszym krokiem w zadaniach na upraszczanie, ponieważ przepisują wszystko za pomocą sin i cos.
Tożsamości pitagorejskie
sin2θ+cos2θ=11+tan2θ=sec2θ1+cot2θ=csc2θ
Pierwsza tożsamość jest źródłem dwóch pozostałych.
Tożsamości parzystości i nieparzystości
sin(−θ)=−sinθ,cos(−θ)=cosθ,tan(−θ)=−tanθ
Ten sam schemat dotyczy funkcji odwrotnościowych: csc i cot są nieparzyste, a sec jest parzysta.
Wersja dla tangensa również wymaga warunku 1−tan2θ=0.
Tożsamości połowy kąta
Powstają one przez przekształcenie wzorów podwójnego kąta.
sin2θ=21−cos(2θ)cos2θ=21+cos(2θ)
Dla kąta zapisanego jako θ/2 postacie z pierwiastkiem mają postać
sin(2θ)=±21−cosθcos(2θ)=±21+cosθ
Znak zależy od ćwiartki, w której leży θ/2, więc nie można bezmyślnie pomijać ±.
Skąd biorą się główne tożsamości trygonometryczne
Okrąg jednostkowy daje pierwszą tożsamość pitagorejską
Na okręgu jednostkowym punkt odpowiadający kątowi θ ma współrzędne (cosθ,sinθ). Ponieważ każdy punkt na tym okręgu spełnia równanie x2+y2=1, po podstawieniu x=cosθ i y=sinθ otrzymujemy
cos2θ+sin2θ=1
To jest podstawowa tożsamość pitagorejska.
Pozostałe tożsamości pitagorejskie wynikają z dzielenia
Jeśli cosθ=0, podziel
sin2θ+cos2θ=1
przez cos2θ:
cos2θsin2θ+1=cos2θ1tan2θ+1=sec2θ
Jeśli sinθ=0, podzielenie przez sin2θ daje
1+cot2θ=csc2θ
Tożsamości podwójnego kąta wynikają ze wzorów na sumę kątów
Zacznij od
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
i przyjmij α=β=θ:
sin(2θ)=2sinθcosθ
Tożsamości podwójnego kąta dla cosinusa i tangensa wyprowadza się w ten sam sposób.
Przykład rozwiązany: uprość wyrażenie z podwójnym kątem
Uprość
sin(2θ)1−cos(2θ)
dla kątów, dla których wyjściowe wyrażenie jest określone.
Użyj tożsamości podwójnego kąta:
1−cos(2θ)=1−(1−2sin2θ)=2sin2θ
oraz
sin(2θ)=2sinθcosθ
Teraz podstaw:
sin(2θ)1−cos(2θ)=2sinθcosθ2sin2θ=cosθsinθ=tanθ
Ten wniosek jest poprawny tylko tam, gdzie pierwotny mianownik jest różny od zera, czyli gdy sin(2θ)=0. Ten warunek ma znaczenie, ponieważ skracanie czynnika może ukryć wartości, które były wykluczone na początku.
Najczęstsze błędy przy tożsamościach trygonometrycznych
Pomijanie ograniczeń dziedziny to błąd, który sprawia najwięcej problemów. Dzielenie przez sinθ lub cosθ jest poprawne tylko wtedy, gdy ta wielkość nie jest równa zeru.
Innym częstym błędem jest pomijanie ± we wzorach połowy kąta. Sam pierwiastek nie wyznacza znaku wartości funkcji trygonometrycznej.
Uczniowie mylą też sin2θ z sin(θ2). Zapis sin2θ oznacza (sinθ)2.
Kiedy używa się tożsamości trygonometrycznych
Tożsamości trygonometryczne pojawiają się wszędzie tam, gdzie trzeba przekształcić wyrażenie do bardziej użytecznej postaci. Obejmuje to upraszczanie zadań domowych, dowodzenie równości dwóch wyrażeń, rozwiązywanie równań trygonometrycznych oraz przygotowanie do działów analizy matematycznej, takich jak całkowanie.
W praktyce wiele zadań staje się łatwiejszych, gdy wszystko zostanie zapisane za pomocą sinθ i cosθ.
Spróbuj podobnego zadania
Uprość
1+cos(2θ)sin(2θ)
używając tożsamości podwójnego kąta i pamiętając o warunku dziedziny wynikającym z wyjściowego wyrażenia. Jeśli chcesz zrobić jeszcze jeden krok, porównaj swój wynik z tanθ.
Potrzebujesz pomocy z zadaniem?
Prześlij pytanie i otrzymaj zweryfikowane rozwiązanie krok po kroku w kilka sekund.