Τριγωνομετρία
1.Πως ορίζονται οι τριγωνομετρικοί αριθμοί μιας οξείας γωνίας ω, ενός ορθογωνίου τριγώνου; Απάντηση Ημίτονο της γωνίας ω ορίζουμε τον σταθερό λόγο του μήκους της απέναντι κάθετης πλευράς προς το μήκος της υποτείνουσας και συμβολίζεται με ημω, επομένως . Συνημίτονο της γωνίας ω ορίζουμε τον σταθερό λόγο του μήκους της προσκείμενης κάθετης πλευράς προς το μήκος της υποτείνουσας και συμβολίζεται με συνω, επομένως . Εφαπτομένη της γωνίας ω ορίζουμε τον σταθερό λόγο του μήκους της απέναντι κάθετης πλευράς προς το μήκος της προσκείμενης κάθετης πλευράς και συμβολίζεται με εφω, επομένως . Συνεφαπτομένη της γωνίας ω ορίζουμε τον σταθερό λόγο του μήκους της προσκείμενης κάθετης πλευράς προς το μήκος της απέναντι κάθετης πλευράς και συμβολίζεται με σφω, επομένως .
Απάντηση Έστω Μ οποιοδήποτε σημείο του επιπέδου (διαφορετικού του Ο) με συντεταγμένες (x, y).Η γωνία xOM = ω μπορεί να πάρει τιμές από 0° έως 360° και οι τριγωνομετρικοί αριθμοί της γωνίας ω θα είναι ορίζονται ως εξής: , , , όπου . ΣΧΟΛΙΟ Οι παραπάνω τύποι ισχύουν για κάθε γωνία ω, θετική ή αρνητική (ο ημιάξονας Ox, στρέφεται γύρω από το Ο κατά την αρνητική φορά) ,αλλά και για κάθε γωνία που είναι μεγαλύτερη από 360o.
,
Απάντηση Για να υπολογίσουμε τους τριγωνομετρικούς αριθμούς μιας γωνίας θ μεγαλύτερης από 360 μοίρες , διαιρούμε τη γωνία με το 360ο ,και γράφουμε την ταυτότητα της διαίρεσης Δ = δ·π + υ ,σε μορφή θ = κ⋅360 + ω ,όπου κ είναι το πηλίκο και ω το υπόλοιπο της διαίρεσης. Ο αριθμός κ∈ℤ δειχνει στην ουσία πόσες πλήρεις περιστροφές έχω. Για κάθε κ∈ℤ θα ισχύει: , , , .
Απάντηση Με κέντρο την αρχή Ο(0,0) ενός συστήματος συντεταγμένων και ακτίνα ρ = 1 γράφουμε έναν κύκλο. Ο κύκλος αυτός λέγεται τριγωνομετρικός κύκλος. ΣΧΟΛΙΑ Γενικότερα, αν η τελική πλευρά μιας γωνίας ω τέμνει τον τριγωνομετρικό κύκλο στο σημείο Μ(x, y), τότε ισχύει: συνω = x = τετμημένη του σημείου Μ ημω = y = τεταγμένη του σημείου Μ →Για το λόγο αυτό ο άξονας x’x λέγεται και άξονας των συνημιτόνων, ενώ ο άξονας y’y λέγεται και άξονας των ημιτόνων. →Η ευθεία που εφάπτεται στον κύκλο στο σημείο τομής του με τον ημιάξονα Οx (x = 1)ονομάζεται άξονας των εφαπτομένων. →Η ευθεία που εφάπτεται στον κύκλο στο σημείο τομής του με τον ημιάξονα Oy (y = 1) ονομάζεται άξονας των συνεφαπτομένων. →Οι τιμές του συνω και του ημω μιας γωνίας ω δεν μπορούν να υπερβούν κατ’ απόλυτη τιμή την ακτίνα του τριγωνομετρικού κύκλου, που είναι ίση με 1. Δηλαδή ισχύει: -1 ≤ ημω ≤ 1 και -1 ≤ συνω ≤ 1. →Τα πρόσημα των τριγωνομετρικών αριθμών μιας γωνίας ω, ανάλογα με το τεταρτημόριο στο οποίο βρίσκεται η τελική πλευρά της γωνίας αυτής, είναι όπως δείχνει ο παρακάτω πίνακας.
Απάντηση Ακτίνιο (ή 1 rad ) είναι η γωνία η οποία, όταν γίνει επίκεντρη σε έναν κύκλο, βαίνει σε τόξο ενός ακτινίου (ή 1 rad). ΣΧΟΛΙΟ Από τον ορισμό αυτό προκύπτει και η σχέση μοίρας και ακτινίου ως μονάδων μέτρησης γωνιών, ως εξής: Στον παρακάτω πίνακα επαναλαμβάνουμε τους τριγωνομετρικούς αριθμούς μερικών γωνιών που είχαμε υπολογίσει στο Γυμνάσιο και οι οποίοι είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι στις διάφορες εφαρμογές.
Απάντηση Αν M (x, y) είναι το σημείο στο οποίο η τελική πλευρά της γωνίας ω τέμνει τον τριγωνομετρικό κύκλο, τότε θα είναι x = συνω και y = ημω . Επειδή όμως (OM) = 1 και (ΟΜ)2 = |x|2 +|y|2 = x2 + y2 θα ισχύει: x2 + y2 = 1, οπότε θα έχουμε:
Απάντηση Αν M (x, y) είναι το σημείο στο οποίο η τελική πλευρά της γωνίας ω τέμνει τον τριγωνομετρικό κύκλο, τότε θα είναι x = συνω και y = ημω , επομένως: , (εφόσον y = ημω ≠ 0 ).
, (εφόσον x = συνω ≠ 0 ).
8.Να αποδείξετε ότι για κάθε γωνία ω ισχύει εφω·σφω = 1 . Απάντηση Είναι: και ,(εφόσον συνω ≠ 0 και ημω ≠ 0 ).Επομένως,
Απάντηση i. Διαιρούμε και τα δύο μέλη της ταυτότητας με συν2ω ≠ 0 και έχουμε: . Άρα . ii. Αν στην ταυτότητα θέσουμε έχουμε: . Άρα .
Απάντηση Οι αντίθετες γωνίες έχουν το ίδιο συνημίτονο και αντίθετους τους άλλους τριγωνομετρικούς αριθμούς. Δηλαδή, , , , .
Απάντηση Οι γωνίες με άθροισμα 180ο έχουν το ίδιο ημίτονο και αντίθετους τους άλλους τριγωνομετρικούς αριθμούς.Δηλαδή, , , , .
Απάντηση Οι γωνίες που διαφέρουν κατά 180ο έχουν αντίθετο ημίτονο και συνημίτονο , ενώ έχουν την ίδια εφαπτομένη και συνεφαπτμένη. Δηλαδή, , , , .
13.Τι σχέση έχουν οι τριγωνομετρικοί αριθμοί γωνιών με άθροισμα 90ο; Απάντηση Αν δύο γωνίες έχουν άθρισμα 90ο , τότε το ημίτονο της μιας ισούται με το συνημίτονο της άλλης και η εφαπτομένη της μιας ισούται με τη συνεφαπτομένη της άλλης. Δηλαδή, , , , . ΣΧΟΛΙΟ Αναγωγή στο πρώτο τεταρτημόριο
Απάντηση Μία συνάρτηση f με πεδίο ορισμού το Α λέγεται περιοδική, όταν υπάρχει πραγματικός αριθμός Τ > 0 τέτοιος, ώστε για κάθε x ∈A να ισχύει: i. x+T ∈A, x-T ∈A και ii. f(x + T) = f(x – T) = f(x) . ΣΧΟΛΙΟ Ο πραγματικός αριθμός Τ λέγεται περίoδoς της συνάρτησης f.
Απάντηση Η συνάρτηση ημίτονο είναι μια αντιστοιχία όπου κάθε πραγματικός αριθμός x αντιστοιχίζεται στο ημx (rad). Η συνάρτηση ημίτονο είναι περιοδική με ελάχιστη θετική περίοδο το 2π. Είναι δηλ. ημ(x + 2π) = ημ(x – 2π) = ημx για κάθε x∈ℝ . Το πεδίο ορισμού της f(x) = ημx είναι το (−∞, +∞ ) δηλ το ℝ ,ενώ το σύνολο τιμών της συνάρτησης είναι το [−1,1] αφού −1 ≤ ηµx ≤ 1 για κάθε x∈ℝ. Η γραφική παράσταση της συνάρτησης λέγεται ημιτονοειδής καμπύλη. Η συνάρτηση ημίτονο είναι περιττή συνάρτηση αφού ηµ (−x) = −ηµx για κάθε x∈ℝ. Μονοτονία της f(x) = ημx στο [0, 2π]. Η f(x) = ημx είναι γνησίως αύξουσα για κάθε x∈[ 0 , ] . Η f(x) = ημx είναι γνησίως φθίνουσα για κάθε x∈[ , ] . Η f(x) = ημx είναι γνησίως αύξουσα για κάθε x∈[ , 2π ] . Ακρότατα της f(x) = ημx στο [0, 2π] . Η f(x) = ημx παρουσιάζει μέγιστο για x = το . Η f(x) = ημx παρουσιάζει ελάχιστο για x = το .
Απάντηση Η συνάρτηση συνημίτονο είναι μια αντιστοιχία όπου κάθε πραγματικός αριθμός x αντιστοιχίζεται στο συνx (rad). Η συνάρτηση συνημίτονο είναι περιοδική με ελάχιστη θετική περίοδο το 2π. Είναι δηλ. συν(x + 2π) = συν(x – 2π) = συνx για κάθε x∈ℝ . Το πεδίο ορισμού της f(x) = συνx είναι το (−∞, +∞ ) δηλ το ℝ ,ενώ το σύνολο τιμών της συνάρτησης είναι το [−1,1] αφού −1 ≤ συνx ≤ 1 για κάθε x∈ℝ. Η γραφική παράσταση της συνάρτησης λέγεται συνημιτονοειδής καμπύλη. Η συνάρτηση συνημίτονο είναι άρτια συνάρτηση αφού συν (−x) = συνx για κάθε x∈ℝ. Μονοτονία της f(x) = συνx στο [0, 2π]. Η f(x) = συνx είναι γνησίως φθίνουσα για κάθε x∈[0 , π] . Η f(x) = συνx είναι γνησίως αύξουσα για κάθε x∈[π , 2π] . Ακρότατα της f(x) = συνx στο [0, 2π] . Η f(x) = συνx παρουσιάζει μέγιστο για x = 0 και για x = 2π το f(0) = συν0 =f(2π) =συν2π = 1 . Η f(x) = συνx παρουσιάζει ελάχιστο για x = π το f(π) = συνπ = -1 .
Απάντηση Το πεδίο ορισμού της f(x) = εφx είναι το Α={x∈ℝ |συνx ≠ 0} καθώς . Το σύνολο τιμών της f(x) = εφx είναι όλο το ℝ. Η συνάρτηση f(x) = εφx είναι περιοδική με ελάχιστη θετική περίοδο το π. Είναι δηλ. εφ(x + π) = εφ(x – π) = εφx για κάθε x∈ℝ με . Αρκούμαστε λοιπόν να τη μελετήσουμε στο διάστημα . Η συνάρτηση εφαπτομένη είναι περιττή συνάρτηση αφού εφ(−x) = εφx για κάθε x∈Α ={x∈ℝ|συνx ≠0}. Οι ευθείες της μορφής λέγονται κατακόρυφες ασύμπτωτες της γραφικής παράστασης της f. Μονοτονία της f(x) = εφx στο . Η f(x) = εφx είναι γνησίως αύξουσα για κάθε x∈ και επομένως δεν παρουσιάζει ακρότατα.
Απάντηση Οι συναρτήσεις f(x) = ρημ(ωx) και g(x) = ρσυν(ωx), με ρ,ω > 0, έχουν πεδίο ορισμού το ℝ, περίοδο ,μέγιστη τιμή ρ, ελάχιστη τιμή -ρ και σύνολο τιμών [-ρ , ρ].
Απάντηση Αν θ είναι μία λύση της εξίσωσης ημx = α, αν δηλαδή ισχύει ημθ = α, τότε οι λύσεις της εξίσωσης δίνονται από τους τύπους:
Απάντηση Αν θ είναι μία λύση της εξίσωσης συνx = α, αν δηλαδή ισχύει συνθ = α, τότε οι λύσεις της εξίσωσης δίνονται από τους τύπους:
Απάντηση Αν θ είναι μια λύση της εξίσωσης εφx = α, αν δηλαδή ισχύει εφx = εφθ, τότε οι λύσεις της εξίσωσης αυτής είναι:
Απάντηση Αν θ είναι μια λύση της εξίσωσης σφx = α, αν δηλαδή ισχύει σφx = σφθ, τότε οι λύσεις της εξίσωσης αυτής είναι:
Απάντηση συν(α–β) = συνασυνβ + ημαημβ συν(α+β) = συνασυνβ – ημαημβ ημ(α+β) = ημασυνβ + συναημβ ημ(α-β) = ημασυνβ – συναημβ
Απάντηση ημ2α = 2ημασυνα συν2α = συν2α – ημ2α = 2συν2α -1 = 1 – 2ημ2α