Класс 12 ↓
Продвинутая тригонометрия
Тригонометрия — это раздел математики, изучающий отношения между длинами сторон и углами треугольников. В продвинутой тригонометрии мы углубляем изучение свойств и применения тригонометрических функций за пределами базовых отношений прямоугольных треугольников.
Тригонометрические функции и их определения
Основные тригонометрические функции — это синус (sin
), косинус (cos
) и тангенс (tan
). Эти функции традиционно определяются как отношения сторон прямоугольного треугольника:
sin(θ) = (frac{text{противолежащая}}{text{гипотенуза}})
cos(θ) = (frac{text{прилежащая}}{text{гипотенуза}})
tan(θ) = (frac{text{противолежащая}}{text{прилежащая}})
Обратные функции к этим являются косеканс (csc
), секанс (sec
) и котангенс (cot
):
csc(θ) = (frac{1}{sin(θ)})
sec(θ) = (frac{1}{cos(θ)})
cot(θ) = (frac{1}{tan(θ)})
Единичная окружность и радовая мера
Единичная окружность является фундаментальной частью тригонометрии. Это окружность с радиусом один, центрированная в начале координат в плоскости координат. Углы в радианах являются альтернативным способом измерения углов, где угол определяется как длина дуги, которая подпирает угол в центре окружности с радиусом один.
1 радиан примерно равен 57.2958 градусов. Угол, измеренный в радианах, определяется как:
Угол (в радианах) = (frac{text{Длина дуги}}{text{Радиус}})
Тригонометрические тождества
Тригонометрические тождества — это уравнения, которые истинны для любого значения переменной, где обе стороны уравнения определены. Эти тождества полезны для упрощения выражений или решения уравнений.
- Пифагорово тождество
sin²(θ) + cos²(θ) = 1
1 + tan²(θ) = sec²(θ)
1 + cot²(θ) = csc²(θ)
- Тождества суммы и разности углов
sin(α ± β) = sin(α)cos(β) ± cos(α)sin(β)
cos(α ± β) = cos(α)cos(β) ∓ sin(α)sin(β)
tan(α ± β) = (frac{tan(α) ± tan(β)}{1 ∓ tan(α)tan(β)})
Пример: Доказательство тождества
Рассмотрим тождество sin(2θ) = 2sin(θ)cos(θ)
.
- Начнем с тождества суммы углов для синуса:
sin(α + β) = sin(α)cos(β) + cos(α)sin(β)
- Установим
α = β = θ
: - Это просто:
sin(2θ) = 2sin(θ)cos(θ)
sin(θ + θ) = sin(θ)cos(θ) + cos(θ)sin(θ)
Построение графиков тригонометрических функций
Графики тригонометрических функций являются периодическими. Это означает, что они повторяют значения с регулярными интервалами или периодами. Понимание основной формы этих графиков помогает понять их поведение.
Графики синуса и косинуса
Функции синуса и косинуса имеют амплитуды (высоту своих пиков), периоды (длину времени до начала повторения) и фазы (сдвиг по оси x).
График тангенса
Функция тангенса имеет период π и вертикальные асимптоты, где функция не определена.
Обратные тригонометрические функции
Обратные тригонометрические функции используются для нахождения угла, соответствующего заданному тригонометрическому отношению. Например, если sin(θ) = 0.5
, то θ = sin -1 (0.5)
.
sin -1 (x)
где-1 ≤ x ≤ 1
cos -1 (x)
для-1 ≤ x ≤ 1
tan -1 (x)
для всех вещественных чисел
Решение тригонометрических уравнений
Решение тригонометрических уравнений часто включает использование тождеств и алгебраические манипуляции для нахождения углов, удовлетворяющих уравнению.
Пример: Решите 2sin(θ) - 1 = 0
для 0 ≤ θ < 2π
- Добавьте 1 к обеим сторонам:
2sin(θ) = 1
- Разделите на 2:
sin(θ) = 0.5
- Найдите θ:
θ = sin -1 (0.5)
- Возможное решение:
θ = (frac{π}{6}) или (frac{5π}{6})
Применение тригонометрии
Тригонометрия широко используется в различных областях, таких как физика, инженерия, астрономия и архитектура. Вот некоторые применения:
- Физика: Расчет моделей волнового движения, колебаний и периодических явлений.
- Инженерия: Проектирование и анализ механических конструкций, электрических цепей и обработки сигналов.
- Астрономия: Измерение расстояний между звездами и понимание небесной механики.
- Архитектура: Проектирование крыш, мостов и других конструкций, включающих углы и расстояния.