Тригонометричні функції. Градусна і радіанна міри

Тригонометрія починається зі зміни точки зору. У прямокутному трикутнику синус і косинус означені лише для гострих кутів — а хочеться говорити про кути 120°120°, 300°300° чи навіть від'ємні. Одиничне коло знімає це обмеження: воно означує синус і косинус як координати точки, і це працює для будь-якого кута. Опанувавши коло, ти перестанеш зубрити таблиці знаків — усе читатиметься з малюнка.

Радіанна міра кута

Крім градусів, кути вимірюють у радіанах. Один радіан — центральний кут, що спирається на дугу завдовжки в радіус. Оскільки повне коло — це 360∘=2π360^\circ = 2\pi радіан, маємо ключове співвідношення:

180∘=π рад,1∘=π180,1 рад=180∘π.180^\circ = \pi \ \text{рад}, \qquad 1^\circ = \dfrac{\pi}{180}, \qquad 1\ \text{рад} = \dfrac{180^\circ}{\pi}.

Наприклад, 90∘=π290^\circ = \dfrac{\pi}{2}, 60∘=π360^\circ = \dfrac{\pi}{3}, 270∘=3π2270^\circ = \dfrac{3\pi}{2}.

Практично переведення зводиться до однієї пропорції: π\pi радіан «коштує» 180°180°. Щоб перейти від градусів до радіанів, множимо на π180\dfrac{\pi}{180}; у зворотний бік — на 180π\dfrac{180}{\pi}. Зручний орієнтир: якщо у відповіді є π\pi, це радіани.

Приклад 1 — переведення мір

Переведемо 135°135° у радіани, а 5π6\dfrac{5\pi}{6} — у градуси.

  1. 135°=135⋅π180=135π180135° = 135 \cdot \dfrac{\pi}{180} = \dfrac{135\pi}{180};
  2. скорочуємо на 4545: 3π4\dfrac{3\pi}{4};
  3. у зворотний бік: 5π6=5π6⋅180π=5⋅1806=150°\dfrac{5\pi}{6} = \dfrac{5\pi}{6} \cdot \dfrac{180}{\pi} = \dfrac{5 \cdot 180}{6} = 150°.

Відповідь: 135°=3π4135° = \dfrac{3\pi}{4} і 5π6=150°\dfrac{5\pi}{6} = 150°.

Тригонометричні функції на одиничному колі

Розгляньмо одиничне коло (радіус 11) із центром у початку координат. Якщо радіус повернути на кут α\alpha, то координати кінця радіуса — це (cos⁡α; sin⁡α)(\cos\alpha;\ \sin\alpha):

cos⁡α=x,sin⁡α=y,tan⁡α=sin⁡αcos⁡α (cos⁡α≠0).\cos\alpha = x, \qquad \sin\alpha = y, \qquad \tan\alpha = \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}\ (\cos\alpha \ne 0).

З цього означення одразу випливають дві важливі властивості. По-перше, координати точки на одиничному колі не можуть виходити за межі від −1-1 до 11, тому ∣sin⁡α∣≤1|\sin\alpha| \le 1 і ∣cos⁡α∣≤1|\cos\alpha| \le 1 завжди. По-друге, повний оберт повертає точку на місце, тому синус і косинус періодичні з періодом 2π2\pi: додавання 360°360° до кута нічого не змінює. У тангенса період удвічі менший — π\pi.

Знаки за чвертями

Знак функції залежить від чверті, у якій лежить кут:

Чвертьsin⁡\sincos⁡\costan⁡\tan
I++++++
II++−-−-
III−-−-++
IV−-++−-

Як це запам'ятати (і не зубрити таблицю)

Знаки не треба вчити напам'ять — вони читаються прямо з кола. Згадай, що cos⁡α\cos\alpha — це координата xx точки, а sin⁡α\sin\alpha — координата yy:

  • sin⁡\sin — це «вгору/вниз». Угорі (I і II чверті) точка має y>0y > 0 → sin⁡>0\sin > 0. Унизу (III і IV) y<0y < 0 → sin⁡<0\sin < 0.
  • cos⁡\cos — це «праворуч/ліворуч». Праворуч (I і IV чверті) точка має x>0x > 0 → cos⁡>0\cos > 0. Ліворуч (II і III) x<0x < 0 → cos⁡<0\cos < 0.
  • tan⁡=sin⁡cos⁡\tan = \dfrac{\sin}{\cos} — знак «за правилом ділення»: якщо sin⁡\sin і cos⁡\cos однакового знаку (I і III чверті), то tan⁡>0\tan > 0; якщо різного (II і IV) — tan⁡<0\tan < 0.
Перевір себе на віджеті вище

Постав кут 150∘150^\circ (II чверть): точка ліворуч і вгорі → y>0y>0, отже sin⁡>0\sin>0; x<0x<0, отже cos⁡<0\cos<0; знаки різні → tan⁡<0\tan<0. Саме це й показує таблиця.

Значення опорних кутів

sin⁡30∘=12,sin⁡45∘=22,sin⁡60∘=32,cos⁡30∘=32,tan⁡45∘=1,tan⁡60∘=3.\sin 30^\circ = \tfrac{1}{2}, \quad \sin 45^\circ = \tfrac{\sqrt2}{2}, \quad \sin 60^\circ = \tfrac{\sqrt3}{2}, \quad \cos 30^\circ = \tfrac{\sqrt3}{2}, \quad \tan 45^\circ = 1, \quad \tan 60^\circ = \sqrt3.

Таблицю опорних кутів варто знати напам'ять — вона трапляється в кожному варіанті НМТ. Запам'ятати легше за закономірністю: синуси кутів 0°,30°,45°,60°,90°0°, 30°, 45°, 60°, 90° — це 02,12,22,32,42\dfrac{\sqrt{0}}{2}, \dfrac{\sqrt{1}}{2}, \dfrac{\sqrt{2}}{2}, \dfrac{\sqrt{3}}{2}, \dfrac{\sqrt{4}}{2}, тобто корені з 0,1,2,3,40, 1, 2, 3, 4, поділені на два. Косинуси — та сама послідовність у зворотному порядку.

Приклад 2 — значення для кута поза першою чвертю

Обчислимо cos⁡210°\cos 210°.

  1. Визначаємо чверть: 210°210° лежить між 180°180° і 270°270°, отже це III чверть;
  2. у III чверті косинус від'ємний;
  3. знаходимо опорний (гострий) кут: 210°−180°=30°210° - 180° = 30°;
  4. беремо табличне значення й ставимо знак: cos⁡210°=−cos⁡30°=−32\cos 210° = -\cos 30° = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}.

Відповідь: −32-\dfrac{\sqrt{3}}{2}. Схема універсальна: чверть дає знак, опорний кут — значення.

Типові помилки

  • Плутають, що є синусом, а що косинусом на колі. Синус — це yy (вертикаль), косинус — xx (горизонталь).
  • Множать на 180π\dfrac{180}{\pi} замість π180\dfrac{\pi}{180} (і навпаки) при переведенні мір.
  • Дають синус чи косинус, більший за одиницю. Це неможливо за означенням.
  • Забувають знак для кутів поза першою чвертю. Опорний кут дає лише модуль значення.
  • Вважають період тангенса рівним 2π2\pi. У тангенса період π\pi.

Перевір себе

Порада щодо вводу

Радіани вводь через pi (напр. pi/6 або символом π/6). Значення з коренем — як sqrt(3)/2 чи √3/2. Перевірка порівнює чисельно.

Завдання формату НМТ

Завдання в тому вигляді, як їх дають на національному мультипредметному тесті: вибір однієї відповіді з п’яти (А–Д), установлення відповідності та коротка відповідь десятковим дробом. Там, де є позначка «Прототип», задачу побудовано за типом реального завдання НМТ минулих років; числа в умові щоразу нові.

  • Значення тригонометричної функції

    Вибір А–Д

  • Радіанна міра кута

    Вибір А–Д

  • Знак тригонометричної функції

    Вибір А–Д

  • Значення тригонометричного виразу

    Коротка відповідь

Приклади розв’язання завдань НМТ

Так розв’язують завдання формату НМТ із цієї теми — по одному прикладу на кожен формат: вибір відповіді, відповідність, коротка відповідь. У розділі «Завдання формату НМТ» числа щоразу нові, а тут кожен крок розписано.

  1. 1Значення тригонометричної функції
    Вибір А–Д
    sin⁡ (−60∘)=\sin\,\left(-60^\circ\right) =
    • А32\dfrac{\sqrt{3}}{2}
    • Б−32-\dfrac{\sqrt{3}}{2}
    • В3\sqrt{3}
    • Г12\dfrac{1}{2}
    • Д11
    Зведіть кут до гострого за формулами зведення й визначте знак за чвертю.
    Показати розв’язання
    1. 1
      sin⁡ (−60∘)=−32\sin\,\left(-60^\circ\right) = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}
    Відповідь: Б) −32 -\dfrac{\sqrt{3}}{2}
  2. 2Радіанна міра кута
    Вибір А–Д
    Укажіть радіанну міру кута 20∘. 20^\circ.
    • А−π18-\dfrac{\pi}{18}
    • Б9π9\pi
    • Вπ18\dfrac{\pi}{18}
    • Гπ9\dfrac{\pi}{9}
    • Д5π18\dfrac{5\pi}{18}
    1∘=π1801^\circ = \dfrac{\pi}{180} рад.
    Показати розв’язання
    1. 1
      20∘=20π180=π920^\circ = \dfrac{20\pi}{180} = \dfrac{\pi}{9}
    Відповідь: Г) π9 \dfrac{\pi}{9}
  3. 3Значення тригонометричного виразу
    Коротка відповідь
    Обчисліть −2cos⁡180∘+3sin⁡π6+4sin⁡150∘. -2\cos 180^\circ + 3\sin \dfrac{\pi}{6} + 4\sin 150^\circ.
    Скористайтеся таблицею значень тригонометричних функцій.
    Показати розв’язання
    1. 1
      −2⋅(−1)+3⋅0,5+4⋅0,5=5,5-2\cdot (-1) + 3\cdot 0{,}5 + 4\cdot 0{,}5 = 5{,}5
    Відповідь: 5,55{,}5