Tożsamości trygonometryczne to wzory z funkcjami sin\sin, cos\cos, tan\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\sin \theta i cosθ\cos \theta, a inne zmieniają kąt z θ\theta na 2θ2\theta lub θ/2\theta/2.

Co sprawia, że równanie jest tożsamością trygonometryczną?

Tożsamość jest prawdziwa dla każdego kąta z jej dziedziny. Na przykład

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1

jest tożsamością, ponieważ zachodzi dla każdego θ\theta.

Natomiast

sinθ=12\sin \theta = \frac{1}{2}

nie jest tożsamością. Jest prawdziwe tylko dla wybranych kątów.

Warunek dotyczący dziedziny ma znaczenie. Na przykład

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

jest prawdziwe tylko wtedy, gdy cosθ0\cos \theta \neq 0.

Lista podstawowych tożsamości trygonometrycznych

Tożsamości odwrotnościowe

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

Każdy z tych wzorów wymaga, aby mianownik był różny od zera.

Tożsamości ilorazowe

tanθ=sinθcosθ,cotθ=cosθsinθ\tan \theta = \frac{\sin \theta}{\cos \theta}, \qquad \cot \theta = \frac{\cos \theta}{\sin \theta}

Często są one pierwszym krokiem w zadaniach na upraszczanie, ponieważ przepisują wszystko za pomocą sin\sin i cos\cos.

Tożsamości pitagorejskie

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1 1+tan2θ=sec2θ1 + \tan^2 \theta = \sec^2 \theta 1+cot2θ=csc2θ1 + \cot^2 \theta = \csc^2 \theta

Pierwsza tożsamość jest źródłem dwóch pozostałych.

Tożsamości parzystości i nieparzystości

sin(θ)=sinθ,cos(θ)=cosθ,tan(θ)=tanθ\sin(-\theta) = -\sin \theta, \qquad \cos(-\theta) = \cos \theta, \qquad \tan(-\theta) = -\tan \theta

Ten sam schemat dotyczy funkcji odwrotnościowych: csc\csc i cot\cot są nieparzyste, a sec\sec jest parzysta.

Tożsamości kofunkcyjne

sin(π2θ)=cosθ\sin\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \cos \theta cos(π2θ)=sinθ\cos\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \sin \theta tan(π2θ)=cotθ\tan\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \cot \theta

Wynikają one z kątów dopełniających się.

Tożsamości sumy i różnicy

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 wzorów na tangens mianownik musi być różny od zera.

Tożsamości podwójnego kąta

Przyjmij α=β=θ\alpha = \beta = \theta we wzorach na sumę kątów.

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2 \sin \theta \cos \theta cos(2θ)=cos2θsin2θ\cos(2\theta) = \cos^2 \theta - \sin^2 \theta cos(2θ)=2cos2θ1\cos(2\theta) = 2\cos^2 \theta - 1 cos(2θ)=12sin2θ\cos(2\theta) = 1 - 2\sin^2 \theta tan(2θ)=2tanθ1tan2θ\tan(2\theta) = \frac{2\tan \theta}{1 - \tan^2 \theta}

Wersja dla tangensa również wymaga warunku 1tan2θ01 - \tan^2 \theta \neq 0.

Tożsamości połowy kąta

Powstają one przez przekształcenie wzorów podwójnego kąta.

sin2θ=1cos(2θ)2\sin^2 \theta = \frac{1 - \cos(2\theta)}{2} cos2θ=1+cos(2θ)2\cos^2 \theta = \frac{1 + \cos(2\theta)}{2}

Dla kąta zapisanego jako θ/2\theta/2 postacie z pierwiastkiem mają postać

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}}

Znak zależy od ćwiartki, w której leży θ/2\theta/2, więc nie można bezmyślnie pomijać ±\pm.

Skąd biorą się główne tożsamości trygonometryczne

Okrąg jednostkowy daje pierwszą tożsamość pitagorejską

Na okręgu jednostkowym punkt odpowiadający kątowi θ\theta ma współrzędne (cosθ,sinθ)(\cos \theta, \sin \theta). Ponieważ każdy punkt na tym okręgu spełnia równanie x2+y2=1x^2 + y^2 = 1, po podstawieniu x=cosθx = \cos \theta i y=sinθy = \sin \theta otrzymujemy

cos2θ+sin2θ=1\cos^2 \theta + \sin^2 \theta = 1

To jest podstawowa tożsamość pitagorejska.

Pozostałe tożsamości pitagorejskie wynikają z dzielenia

Jeśli cosθ0\cos \theta \neq 0, podziel

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1

przez cos2θ\cos^2 \theta:

sin2θcos2θ+1=1cos2θ\frac{\sin^2 \theta}{\cos^2 \theta} + 1 = \frac{1}{\cos^2 \theta} tan2θ+1=sec2θ\tan^2 \theta + 1 = \sec^2 \theta

Jeśli sinθ0\sin \theta \neq 0, podzielenie przez sin2θ\sin^2 \theta daje

1+cot2θ=csc2θ1 + \cot^2 \theta = \csc^2 \theta

Tożsamości podwójnego kąta wynikają ze wzorów na sumę kątów

Zacznij od

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) = \sin \alpha \cos \beta + \cos \alpha \sin \beta

i przyjmij α=β=θ\alpha = \beta = \theta:

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2\sin \theta \cos \theta

Tożsamości podwójnego kąta dla cosinusa i tangensa wyprowadza się w ten sam sposób.

Przykład rozwiązany: uprość wyrażenie z podwójnym kątem

Uprość

1cos(2θ)sin(2θ)\frac{1 - \cos(2\theta)}{\sin(2\theta)}

dla kątów, dla których wyjściowe wyrażenie jest określone.

Użyj tożsamości podwójnego kąta:

1cos(2θ)=1(12sin2θ)=2sin2θ1 - \cos(2\theta) = 1 - \left(1 - 2\sin^2 \theta\right) = 2\sin^2 \theta

oraz

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2\sin \theta \cos \theta

Teraz podstaw:

1cos(2θ)sin(2θ)=2sin2θ2sinθcosθ=sinθcosθ=tanθ\frac{1 - \cos(2\theta)}{\sin(2\theta)} = \frac{2\sin^2 \theta}{2\sin \theta \cos \theta} = \frac{\sin \theta}{\cos \theta} = \tan \theta

Ten wniosek jest poprawny tylko tam, gdzie pierwotny mianownik jest różny od zera, czyli gdy sin(2θ)0\sin(2\theta) \neq 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\sin \theta lub cosθ\cos \theta jest poprawne tylko wtedy, gdy ta wielkość nie jest równa zeru.

Innym częstym błędem jest pomijanie ±\pm we wzorach połowy kąta. Sam pierwiastek nie wyznacza znaku wartości funkcji trygonometrycznej.

Uczniowie mylą też sin2θ\sin^2 \theta z sin(θ2)\sin(\theta^2). Zapis sin2θ\sin^2 \theta oznacza (sinθ)2(\sin \theta)^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\sin \theta i cosθ\cos \theta.

Spróbuj podobnego zadania

Uprość

sin(2θ)1+cos(2θ)\frac{\sin(2\theta)}{1 + \cos(2\theta)}

używając tożsamości podwójnego kąta i pamiętając o warunku dziedziny wynikającym z wyjściowego wyrażenia. Jeśli chcesz zrobić jeszcze jeden krok, porównaj swój wynik z tanθ\tan \theta.

Potrzebujesz pomocy z zadaniem?

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

Otwórz GPAI Solver →