Top Banner
@157 15. Goniometrické funkce Pravoúhlý trojúhelník Ze základní školy znáte funkce sin a cos jako poměr odvěsen pravoúhlého trojúhelníka ku přeponě. pokračování
53

15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

Nov 28, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@157

15. Goniometrické funkce

Pravoúhlý trojúhelník

Ze základní školy znáte funkce sin a cos jako poměr odvěsen pravoúhlého trojúhelníka ku

přeponě.

pokračování

Page 2: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160

Měření úhlů

Velikost úhlů se měří buď mírou stupňovou nebo mírou obloukovou

Stupňová míra - plný úhel rozdělíme na 360 dílků – stupně 1o ~ jeden stupeň

každý stupeň rozdělíme na 60 dílků – minuty 1’ ~ jedna minuta

každou minutu rozdělíme na 60 dílků – vteřiny 1“ ~ jedna vteřina

Oblouková míra - je to délka oblouku jednotkové kružnice příslušné danému úhlu. Je to

reálné číslo. Jednotkou je jeden radián. Plný úhel má 2 radiánů.

převodní tabulka, kterou byste měli znát více méně zpaměti (lze ji rychle odvodit)

stupně 0o 30

o 45

o 60

o 90

o 180

o 270

o 360

o

radiány 0 /6 /4 /3 /2 3/2 2

pokračování

zpět

Page 3: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@162

pokračování

zpět

Page 4: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@164a

pokračování

zpět

Page 5: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@164b

Goniometrické funkce obecně

pokračování

zpět

Page 6: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@164c

pokračování

zpět

Page 7: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@167

Známe hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky,

kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty sin x a cos x pro úhly v II. kvadrantu?

cos 150o = - cos(180

o – 150

o) = - cos 30

o = - 3/2

pokračování

zpět

Page 8: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@170

Určete následující hodnoty

a) sin 150o = sin(180

o - 150

o) = sin 30

o = 1/2

b) cos 120o = - cos(180

o - 120

o) = - cos 60

o = - 1/2

c) sin 300o = - sin(360

o - 300

o) = - sin 60

o = - /2

d) cos 315o = cos(360

o - 315

o) = cos 45

o = 2/2

e) sin 225o = - sin(225

o - 180

o) = - sin 45

o = 2/2

f) cos 240o = - cos(240

o - 180

o) = - cos 60

o = - 1/2

Úkol: Znovu si připomeňte definici funkcí sin, cos, tg, cotg a určete definiční obory a obory

hodnot.

výsledek

zpět

Page 9: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@173

Určete následující funkční hodnoty

cos(270o) = 0 cos(1575

o) = - 2/2

sin(-2385o) = 2/2 cotg(-3030

o) = 3

sin(1380o) = - 3/2 cos(-1260

o) = - 1

Úkol: Pokuste se určit u funkcí sin, cos, tg, cotg, zda jsou sudé, liché nebo ani jedno ani

druhé.

výsledek

zpět

Page 10: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@176

průběh funkce tg a cotg

pokračování

zpět

Page 11: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@179

Mezi goniometrickými funkcemi existuje mnoho různých vztahů - identit, vzorců. Při

nejrůznějších příležitostech je nutné si umět poradit a převádět jeden výraz v druhý.

Příklad: Dokažte, že platí (cos x 0)

1 + tg2x = cos

-2x

Řešení: Identity se dokazují tak, že se vyjde z jedné strany a postupnými úpravami si dojde

ke straně druhé. Nebo se vyjde z obou stran nezávisle a dojde se ke stejnému (třetímu) výrazu.

Pxxx

xx

x

xxtgL

2

22

22

2

22

coscos

1

cos

sincos

cos

sin11

Příklad: Dokažte, že platí (cos t 0, sin t 1)

t

t

t

t

cos

sin1

sin1

cos

Řešení:

Pt

t

t

tt

t

tt

t

t

t

t

t

tL

cos

sin1

cos

)sin1(cos

sin1

)sin1(cos

sin1

sin1

sin1

cos

sin1

cos

2

2

Úkol: Dokažte, že platí (mají-li obě strany smysl)

a) (sin x + cos x)2 + (sin x - cos x)

2 = 2

b) cos4x - sin

4x = 2 cos

2x - 1

c) t2

2

2

sin21tcotg1

1tcotg

d) xxx 2

sin

2

cos1

1

cos1

1

e) tg2t . cos

2t + cos

2t = 1

výsledek

zpět

Page 12: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@182

Velmi důležité vztahy mezi goniometrickými funkcemi formuluje následující věta.

Věta: Součtové vzorce

Pro každé a platí:

i) sin(+ ) = sin cos + sin cos

ii) sin(- ) = sin cos - sin cos

iii) cos(+ ) = cos cos - sin sin

iv) cos(- ) = cos cos + sin sin

důkaz

zpět

Page 13: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@185a

Ověření podle iv) a známých hodnot

cos(x - /2) = cos x cos /2 + sin x sin /2 =

= cos x . 0 + sin x . 1 = sin x

Zaveďme substituci = x + /2 tj. x = – /2

Z právě dokázaného plyne

sin x = sin( - /2) = cos(x - /2) = cos( - /2 - /2) = cos( - ) =

= cos cos + sin sin =

= cos . (-1) + sin . 0 = - cos

Úkol: Z platnosti cos(x - /2) = sin x a sin(x - /2) = - cos x dokažte platnost

i) sin(+ ) = sin cos + sin cos

výsledek

zpět

Page 14: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@185b

L = sin(+ ) = cos(+ - /2) = cos(+ (- /2)) =

= cos cos(- /2) - sin sin( - /2) =

= cos sin - sin (-cos ) =

= cos sin + sin cos = P

Tím je dokázána identita

i) sin(+ ) = sin cos + sin cos

Úkol: Zbývá dokázat poslední identitu. Dokažte identitu

ii) sin(- ) = sin cos - sin cos

výsledek

zpět

Page 15: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@189

Platí cos(x + /2) = -sinx ? Ano, platí!

L = cos(x + /2) = cosx cos(/2) – sinx sin(/2) = cosx . 0 – sinx . 1 = -sinx = P

Věta: Vzorce pro poloviční úhel

Pro každé platí

2

cos1|

2cos|

2

cos1|

2sin|

Důkaz:

Víme: pro každé x platí cos2x + sin

2x = 1 a cos

2x – sin

2x = cos2x

Použijeme substituci x = /2, abychom do vzorců dostali poloviční úhel

cos2(/2) + sin

2(/2) = 1

cos2(/2) – sin

2(/2) = cos

sečteme

2cos2(/2) = 1 + cos

odečteme

2sin2(/2) = 1 - cos

a nyní stačí vydělit 2 a odmocnit

Úkol: Proč je ve vzorcích absolutní hodnota?

výsledek

zpět

Page 16: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@193

Důkaz se provede prostou aplikací součtových vzorců

L = sin(+ ) + sin( ) = cos sin + sin cos + cos sin sin cos =

= 2 sin cos= P

ATD.

Zaveďme substituci x = + a y =

součtem a rozdílem substitučních vzorců dostaneme = (x+y)/2 a = (x-y)/2

Tedy předchozí identitu lze také psát takto:

2cos

2sin2sinsin

yxyxyx

Úkol: Přepište dle tohoto vzoru i zbývající identity a zformulujte do matematické věty.

výsledek

zpět

Page 17: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@196

Víte, že platí (; 3/2), (/2; ), cotg = 12/5 a sin = 15/17. Určete tg( - ).

Tedy úhel je ve III. kvadrantu a je ve II. kvadrantu (toto ovlivňuje znaménka).

Máme určit

tgtg

tgtgtgtg

1))(()( (změna znamének, tg je lichá)

Potřebujeme tedy určit tg a tg , k čemuž užijeme vztahy

tg = 1/cotg = 5/12 a tg = sin /cos .

sin b je zadáno a cos b musíme určit ze vztahu cos2 + sin

2 = 1

cos2= 1 – sin

2 = (1 - sin )(1 + sin ) = (1 - 15/17)(1 + 15/17) = 8

2/17

2

Pro správné odmocnění musíme uvážit, že je ve II. kvadrantu a tam je cos záporný, tedy

cos = -8/17 => tg = sin /cos = (15/17)/(-8/17) = -15/8

Nyní stačí jen dosadit to vzorce a zlomek upravit

tg( – ) = 220/21

Úkol: Víte, že platí (/2; ), (0; /2), sin = 3/5 a cotg = 8/15. Určete cos(- ).

výsledek

zpět

Page 18: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@158

Úkol: Dokažte, že platí sin2 + cos

2= 1 .

výsledek

zpět

Page 19: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160a

Zde je ilustrace vztahu mezi obloukovou a stupňovou mírou v sadě obrázků, kružnice má, a

musí mít, poloměr 1 (slovy jedna).

pokračování

zpět

Page 20: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160b

pokračování

zpět

Page 21: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160c

pokračování

zpět

Page 22: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160d

pokračování

zpět

Page 23: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160e

pokračování

zpět

Page 24: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160f

pokračování

zpět

Page 25: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160g

pokračování

zpět

Page 26: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@160h

Číselnou osu můžeme klidně natáčet dále

pokračování

zpět

Page 27: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@163

Orientovaný úhel

Až dosud jste chápali úhel jako průnik či sjednocení dvou polorovin. Takový úhel se nazývá

neorinetovaný a jeho velikost může být pouze od 0o do 360

o stupňů včetně.

V matematice a aplikacích fyziky používáme ještě jiný mechanizmus vzniku úhlu. Vezmeme

dvě polopřímky s počátkem ve stejném bodě. Jednu polopřímku zafixujeme - počáteční

rameno, druhou polopřímkou pohybujeme - koncové rameno. Rozlišujeme i směr, jak úhel

vznikne otáčením polopřímky, i dovolujeme otočit polopřímkou několikrát kolem dokola.

Takový úhel se nazývá orientovaný.

Otočit ramenem lze i několikrát kolem dokola

pokračování

zpět

Page 28: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@165

V různých kvadrantech mají funkce sin, cos, tg, cotg různá znaménka. Je to dáno znaménky

souřadnic u a v.

Úkol: Doplňte znaménka do tabulky

kvadrant I. II. III. IV.

interval (0; /2) (/2; ) (3/2) (3/2; 2)

sin x

cos x

tg x

cotg x

výsledek

zpět

Page 29: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@168a

Známe hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant. Jak vypočteme hodnoty sin x a cos x pro úhly

v III. kvadrantu?

sin 200o = - sin(200

o – 180

o) = - sin 20

o

pokračování

zpět

Page 30: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@168b

Známe hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant. Jak vypočteme hodnoty sin x a cos x pro úhly

v IV. kvadrantu?

cos 300o = cos(360

o – 300

o) = cos 60

o = - 1/2

pokračování

zpět

Page 31: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@171

Funkce sin:

úhel může být libovolný => definiční obor R

2. souřadnice bodu na jednotkové kružnici může být od -1 do 1 => obor hodnot <-1,1>

Funkce cos:

úhel může být libovolný => definiční obor R

1. souřadnice bodu na jednotkové kružnici může být od -1 do 1 => obor hodnot <-1,1>

Funkce tg:

musíme vyloučit případy, kdy je cos roven 0, což je v lichých násobcích čísla /2

označme k zastupující libovolné celé číslo => definiční obor R\{(2k+1)/2, kC}

podíl, kdy čitatel je omezen a jmenovatel může nabývat hodnoty libovolně blízké 0,

může být jakékoli reálné číslo => obor hodnot R

Funkce cotg:

musíme vyloučit případy, kdy je sin roven 0, což je v sudých násobcích čísla /2 = celočíselné

násobky čísla

označme k zastupující libovolné celé číslo => definiční obor R\{k, kC}

podíl, kdy čitatel je omezen a jmenovatel může nabývat hodnoty libovolně blízké 0,

může být jakékoli reálné číslo => obor hodnot R

Poznámka: Funkce periodická je taková, která se pravidelně opakuje. To platí i o funkcích sin,

cos, tg, cotg. Jde jen o to, kolikrát otočíme číselnou osou kolem jednotkové kružnice.

Úkol: Vyslovte přesnou definici periodické funkce a určete periodu funkcí sin, cos, tg, cotg.

výsledek

zpět

$ 172 0 0 170

Page 32: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@174

pokračování

zpět

Page 33: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@177

Platí vztahy pro záměnu funkcí sin a cos mezi sebou

)2

cos(sin)2

sin(cos

xxxx

pokračování

zpět

Page 34: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@180

Dokažte, že platí

a) (sin x + cos x)2 + (sin x - cos x)

2 = 2

L = (sin x + cos x)2 + (sin x - cos x)

2 =

= sin2x +2sinxcosx +cos

2x +sin

2x -2sinxcosx +cos

2x =

= 2(sin2x + cos

2x) = 2 = P

b) cos4x - sin

4x = 2 cos

2x - 1

L = cos4x - sin

4x =

= (cos2x + sin

2x)(cos

2x - sin

2x) =

= 1.(cos2x - (1 - cos

2x)) = 2 cos

2x - 1 = P

c) t2

2

2

sin21tcotg1

1tcotg

pro cotg t ±1, sin x 0

Pt

tt

t

t

t

t

t

L

2

22

22

22

2

2

2

2

2

2

sin21

sint)sin1(tcossin

sintcos

sin

cos1

1sin

cos

tcotg1

1tcotg

d) xxx 2

sin

2

cos1

1

cos1

1

pro cos x ±1, sin x 0

Pxx

xx

xxL

22sin

2

cos1

cos1cos1

cos1

1

cos1

1

e) tg2t . cos

2t + cos

2t = 1 pro cos t 0

Ptt

ttt

tttttgL

1cossin

coscoscos

sincoscos.

22

22

2

2222

pokračování

zpět

Page 35: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@183

Důkaz provedeme postupně v opačném pořadí. Je to tak snazší, text věty je zase zvykem

uvádět tak, jak jsme to udělali i my.

V důkazu iv) se vychází s porovnání vzdálenosti bodů A,B a C,D viz obrázek.

Souřadnice bodů jsou A = [cos sin], B = [cos sin],

C = [cos(- ); sin(- )], D = [1; 0]

Je zřejmé, že vzdálenost bodů AB je stejná jako bodů CD. Abychom se nemuseli trápit

s odmocninou ve vzorci o vzdálenosti bodů, budeme pracovat s její druhou mocninou.

|AB|2 = |CD|

2

|AB|2 = (cos - cos)

2 + (sin - sin)

2 =

= cos2 - 2coscos + cos

2 + sin

2 - 2sinsin + sin

2 =

= (cos2 + sin

2) + (cos

2 + sin

2) - 2(coscos + sinsin) =

= 2[1 - (coscos + sinsin)]

|CD|2 = (cos(- ) - 1)

2 + sin

2(- ) = cos

2(- ) - 2cos(- ) + 1 + sin

2(- ) =

= (cos2(- ) + sin

2(- )) + 1 - 2cos(- ) = 2[1 - 2cos(- )]

Porovnáním těchto dvou výrazů dostáváme platnost identity iv)

iv) cos(- ) = cos cos + sin sin

Úkol: Použijte právě dokázanou identitu iv) a znalost o sudosti, lichosti goniometrických

funkcí a dokažte platnost

iii) cos(+ ) = cos cos - sin sin

výsledek

zpět

Page 36: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@186

L = sin(- ) = sin(+(-)) = sin cos(-) + sin(-) cos =

= sin cos - sin cos = P

Tím je dokázána identita

ii) sin(- ) = sin cos - sin cos

Zopakujme ještě jednou čtyři vzorce, které je žádoucí se naučit zpaměti:

Součtové vzorce Pro každé a platí:

i) sin(+ ) = sin cos + sin cos

ii) sin(- ) = sin cos - sin cos

iii) cos(+ ) = cos cos - sin sin

iv) cos(- ) = cos cos + sin sin

Úkol: Pomocí součtových vzorců vyjádřete sin2 a cos2 pomocí sin a cos. Výsledek

zformulujte do matematické věty.

výsledek

zpět

Page 37: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@191

Protože pro každé xR platí ||02

xx a nikdy jinak.

Úkol: Vypočtěte pomocí dokázaných vzorců následující výrazy

a) cos(/6 – x) – cos(/6 + x)

b) sin(/4 + x) – sin(/4 – x)

c) sin 105o

d) cos (/12)

výsledek

zpět

Page 38: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@194

Věta: Vzorce pro součty

Pro každé x, y R platí

i) 2

cos2

sin2sinsinyxyx

yx

ii) 2

sin2

cos2sinsinyxyx

yx

iii) 2

cos2

cos2coscosyxyx

yx

iv) 2

sin2

sin2coscosyxyx

yx

Úkol: Mají-li obě strany smysl, dokažte, že platí

tgytgx

tgytgxyxtg

1)(

výsledek

zpět

Page 39: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@159

pokračování

zpět

Page 40: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@161

Ať se vám to líbí nebo nelíbí, ať máte kalkulačku nebo počítač vždy při ruce, některé hodnoty

je nutné znát zpaměti.

Následující tabulku se zpaměti naučte, nebudete litovat.

stupně 0

o 30

o 45

o 60

o 90

o

radiány 0 /6 /4 /3 /2

sin 0 2

1

2

2

2

3 1

cos 1 2

3

2

2

2

1 0

K zapamatování je to celkem snadné. Všimněte si, že jde o posloupnost zlomků, kde je ve

jmenovateli stále číslo 2 a v čitateli druhá odmocnina z čísel postupně 0, 1, 2, 3, 4.

sin 2

0

2

1

2

2

2

3

2

4

U funkce cos jsou to táž čísla jen čteno zprava doleva.

Úkol: Dokažte z definice (tj. z pravoúhlého trojúhelníka), že platí

cos /4 = sin /4 = 2

2

výsledek

zpět

Page 41: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@164

pokračování

zpět

Page 42: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@166

kvadrant I. II. III. IV.

interval (0; /2) (/2; ) (3/2) (3/2; 2)

sin x + + - -

cos x + - - +

tg x + - + -

cotg x + - + -

pokračování

zpět

Page 43: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@169

Úkol: Určete následující hodnoty. Využijte právě získané vzorce.

a) sin 150o

b) cos 120o

c) sin 300o

d) cos 315o

e) sin 225o

f) cos 240o

výsledek

zpět

Page 44: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@172

Definice: Mějme funkci f, pro kterou je splněno tvrzení (její funkční hodnoty stále stejně

opakují)

p>0 xDf : f(x+p) = f(x)

Pokud lze ze všech takových čísel p nalézt minimum, tj. nalézt nejmenší kladné číslo p>0

splňující definiční vztah, funkce se nazývá periodická a číslo p se nazývá perioda.

Funkce sin a cos mají periodu 2 (360o)

sin = sin(+2k)

cos = cos(+2k)

Funkce tg a cotg mají periodu (180o),

tg = tg(+k)

cotg = cotg(+k)

Příklad: Určete hodnotu cos(1500o), tg(2400

o) , cotg(-750

o) .

Řešení: Nejprve se přesuneme do základního intervalu: přičítáním, odečítáním celočíselných

násobků periody:

pro sin a cos <0o; 360

o)

pro tg a cotg <0o; 180

o)

cos(1500o) = cos(1500

o – 4.360

o) = cos(60

o)

tg(2400o) = tg(2400

o – 13.180

o) = tg(60

o)

cotg(-750o) = cotg(-750

o + 5.180

o) = cotg(150

o)

Page 45: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

Pak případně převedeme úhel do I.kvadrantu, tj. <0o; 90

o>, musíme již sledovat znaménka

cotg(150o) = - cotg(30

o)

Nakonec určíme hodnotu zpaměti, z tabulek, pomocí kalkulačky. Pomocí kalkulačky můžeme

hodnoty získat přímo. Těžko však poznáme, jaký úhel to asi je, a pak mnoho úloh těží

z přesných hodnot (viz tabulka), které z kalkulačky nedostaneme.

cos(1500o) = cos(60

o) = - 1/2

tg(2400o) = tg(60

o) = sin(60

o)/ cos(60

o) = (3/2)/(1/2) = 3

cotg(-750o) = - cotg(30

o) = - cos(30

o)/sin(30

o) = - (3/2)/(1/2) = -3

Úkol: Určete následující funkční hodnoty

cos(270o) cos(1575

o)

sin(-2385o) cotg(-3030

o)

sin(1380o) cos(-1260

o)

výsledek

zpět

Page 46: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@175

průběh funkce sin a cos

pokračování

zpět

Page 47: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@178

Vztahy (vzorce) mezi goniometrickými funkcemi

Definice: Funkce sin, cos, tg, cotg se nazývají goniometrické funkce.

Shrnutí: základní vztahy mezi goniometrickými funkcemi

x

xx

x

xtgx

sin

coscotg

cos

sin

sin2x + cos2x = 1

očividně platí

cotg x = 1/tg x = tg-1

x => tgx . cotgx = 1

)2

cos(sin)2

sin(cos

xxxx

nebo ve stupních

cos = sin( + 90o) sin = cos( - 90

o)

pokračování

zpět

Page 48: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@181

Součtové vzorce

Poznámka: Vzdálenost dvou bodů v soustavě souřadnic se vypočítá na základě Pythagorovy

věty.

222

211 )()(|| ababAB

pokračování

zpět

Page 49: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@184

Máme dokázáno pro každé a platí cos(- ) = cos cos + sin sin

a víme, že sinus je lichý sin(-x) = - sin x a cosinus je sudý cos(-x) = cos x

L = cos(+ ) = cos(- (-)) = cos cos(-) + sin sin(-) =

= cos cos - sin sin = P

Tím je dokázána identita

iii) cos(+ ) = cos cos - sin sin

Úkol: Již víme, že platí cos(x - /2) = sin x. Ověřte to podle iv) a dokažte, že také platí

sin(x - /2) = - cos x

výsledek

zpět

Page 50: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@187

Věta: dvojnásobný úhel

Pro každé a platí

i) sin2 = 2sincos

ii) cos2 = cos2 - sin

2

Řešení:

i) L = sin2 = sin(+ ) = sin cos + sin cos = 2sincos = P

ii) L = cos2 = cos(+ ) = cos cos - sin sin = cos2 - sin

2 = P

Úkol: Dokázali jsme, že pro každé x platí

xxxxxx sin)2

cos(cos)2

sin(cos)2

sin(

Platí také xx sin)2

cos(

?

ano

ne

zpět

Page 51: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@192

Vypočtěte pomocí dokázaných vzorců následující výrazy

a) cos(/6 – x) – cos(/6 + x) = sin x - stačí použít součtové vzorce

L = [cos(/6) cosx + sin(/6) sinx] – [cos(/6) cosx - sin(/6) sinx] =

= 2 sin(/6) sin x = sinx = P

b) sin(/4 + x) – sin(/4 – x) = 2 sinx - stačí použít součtové vzorce

c) sin 105o = (6 + 2)/4 - rozložíme na známé hodnoty 105

o = 60

o + 45

o

L = sin 105o = sin(60

o + 45

o) = sin 60

o cos 45

o + sin 45

o cos 60

o =

= 3/2 . 2/2 + 2/2 . 1/2 = (6 + 2)/4

d) cos (/12) = (2 + 6)/4 - rozložíme na známé hodnoty /3 – /4 = /12

L = cos (/12) = cos(/3 – /4) = cos(/3) cos(/4) + sin(/3) sin(/4) =

= 1/2 . 2/2 + 3/2 . 2/2 = (2 + 6)/4 = P

NEBO použijeme vzorce pro poloviční úhel, neboť /12 = (/6)/2

a I. kvadrantu je cos(/12) > 0 a proto můžeme přidat absolutní hodnotu bez problémů

2

32

4

32

2

2

31

2

)6cos(1|)

12cos(|)

12cos(

L

Tím jsme mimoděk dokázali, že platí 4

62

2

32

Úkol: Dokažte, že pro každé a platí

i) sin(+ ) + sin( ) = 2 sin cos

ii) sin(+ ) sin( ) = 2 cos sin

iii) cos(+ ) + cos( ) = 2 cos cos

iv) cos(+ ) cos( ) = -2 sin sin

výsledek

zpět

Page 52: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@195

Máme dokázat, že platí tgytgx

tgytgxyxtg

1)( , pokud mají obě strany smysl (tzn. není-li

ve jmenovateli zlomku nula a hodnoty funkce tg jsou konečné).

Řešení: K úpravě použijeme součtové vzorce a vztahy mezi goniometrickými funkcemi

Ptgytgx

tgytgx

yx

yxyx

yx

xy

yx

yxyx

yxyx

xyyx

yx

yxyxtgL

1)

coscos

sinsin1(coscos

)coscos

cossin

coscos

cossin(coscos

sinsincoscos

cossincossin

)cos(

)sin()(

Úkol: Víte, že platí (; 3/2), (/2; ), cotg = 12/5 a sin = 15/17. Určete tg( - ).

výsledek

zpět

Page 53: 15. Goniometrické funkcegeorge11.eu/matematika/fce/fce15.pdfZnáme hodnoty sin x a cos x pro I. kvadrant (významné hodnoty zpaměti, tabulky, kalkulačka). Jak vypočteme hodnoty

@197

Víte, že platí (/2; ), (0; /2), sin = 3/5 a cotg = 8/15. Určete cos(- ).

Tedy úhel je ve II. kvadrantu a je v I. kvadrantu (toto ovlivňuje znaménka).

Máme určit cos( - ) = cos cos + sin sin .

sin = 3/5 známe, zbývá určit cos sin a cos

cos2= 1 – sin

2 = (1 - sin )(1 + sin ) = (1 - 3/5)(1 + 3/5) = 4

2/5

2

Pro správné odmocnění musíme uvážit, že je ve II. kvadrantu a tam je cos záporný, tedy

cos = -4/5

Dále platí (na začátku této kapitoly jsme to dokázali) 1 + tg2x = cos

-2x, tedy

cos2 = 1/(1 + tg

2) = 1/(1 + 1/cotg

2) = 1/(1 + 15

2/8

2) = 8

2/17

2

a proto cos = 8/17

sin2 = 1 – cos

2 a je v I. kvadrantu => sin = 15/17

Už máme všechno a tak zbývá závěrečný výpočet

cos( – ) = 13/85

zpět

KONEC LEKCE