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1 UCS - CCET: CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TECNOLOGIA MAT0356 - PRÉ-CÁLCULO Trigonometria – conceitos iniciais 1. ARCO e ÂNGULO Um ARCO de circunferência é uma “parte”, um “pedaço” da circunferência. Um ÂNGULO é uma região do plano, delimitada por duas semi-retas que possuem a mesma origem. Um ângulo em uma circunferência é a região delimitada por duas semi-retas que contêm dois de seus raios e cuja origem comum é o centro da circunferência. Em uma circunferência, a cada arco corresponde um ângulo. Para esse ângulo, os raios que o definem passam pela origem e pela extremidade do arco considerado. Ângulo AÔB, com vértice O. Arco AB. Arco AB corresponde ao ângulo central AÔB. 2. Unidades de medidas de ângulos e arcos Destacam-se duas unidades para medidas de ângulos e de arcos: o GRAU e o RADIANO. � Um grau (1o ) equivale à medida do ângulo obtido pela divisão de um círculo em 360 partes iguais. Dessa forma, 1o é igual a 1/360 do ângulo de uma volta. Para medir ângulos (em graus), usamos o Transferidor. � A unidade de medida de ângulo do Sistema Internacional é o radiano. O arco de 1 radiano (1 rad) é o arco cujo comprimento é igual à medida do raio da circunferência que o contém. Observação: Todo ângulo central de uma circunferência corresponde a um único arco e todo arco de circunferência corresponde a um único ângulo central da mesma. Isso nos possibilita adotar uma mesma unidade para medir arcos e ângulos. Consequentemente, consideramos equivalentes a medida de um ângulo central e a medida do arco correspondente. 2 3. Relação entre as unidades de medidas Conhecemos a relação que permite calcular o comprimento de uma circunferência: 2C rpi= , onde 3,14.pi ≅ Isso equivale a dizer que, numa circunferência, cabem 2pi "raios ou radianos". Sabemos que o ângulo de uma circunferência completa mede 360o. Usando uma regra de três simples e direta obtemos a seguinte relação: 360 � equivale a 2pi rad ou 180 � equivale a pi rad Assim, � O arco ou ângulo que mede 360o, mede 2pi rad; � O arco ou ângulo que mede 90o, mede 2 pi rad; � O arco ou ângulo que mede 45o, mede 4 pi rad; � O arco ou ângulo que mede 3 pi rad, mede 60o; � O arco ou ângulo que mede 3 2 pi rad, mede 270o. 4. Razões trigonométricas no triângulo retângulo Além da relação métrica mais utilizada em um triângulo retângulo (Teorema de Pitágoras: o quadrado da hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos catetos), nos interessam três razões que relacionam as medidas de ângulos agudos com as medidas dos catetos e da hipotenusa. São elas: 3 � O seno de um ângulo agudo é a razão entre o cateto oposto e a hipotenusa. � O cosseno de um ângulo agudo é a razão entre o cateto adjacente e a hipotenusa. � A tangente de um ângulo agudo é a razão entre o cateto oposto e o cateto adjacente. 5. Razões trigonométricas de ângulos notáveis Para alguns ângulos é possível determinar o valor EXATO das razões trigonométricas. São os ângulos notáveis e os valores de suas razões trigonométricas estão resumidos no quadro a seguir. 30° ou 6 pi rad 45° ou 4 pi rad 60° ou 3 pi rad sen 1 2 2 2 3 2 cos 3 2 2 2 1 2 tan 3 3 1 3 Exercícios de aula: Confirme esses valores usando a calculadora. 6. Circunferência Trigonométrica A circunferência trigonométrica é uma circunferência de raio unitário (r = 1), cujo centro coincide com a origem do plano cartesiano (0, 0) e para a qual definimos o seguinte: � o ponto A(1,0) é a origem de todos os arcos a serem considerados na circunferência; � se um arco for medido no sentido horário, então a essa medida atribuímos o sinal negativo; � se um arco for medido no sentido anti-horário, então a essa medida atribuímos o sinal positivo. 4 Os eixos coordenados dividem o plano em quatro regiões chamadas quadrantes, numerados no sentido anti-horário, a partir do ponto A. A cada ponto da circunferência trigonométrica associamos a medida (em graus ou em radianos) do arco com origem em A(1,0) e extremidade no ponto escolhido. Veja, por exemplo, que partindo de A e girando uma volta completa no sentido positivo, associamos as seguintes medidas aos pontos A, A’, B e B’: De forma semelhante, partindo de A e girando uma volta completa no sentido negativo, associamos as seguintes medidas aos pontos A, A’, B e B’: Observe que, cada vez que “andamos” 1/4 da circunferência, contamos 90o ou 2 pi rad, no sentido positivo ou no negativo. 5 Da mesma forma, se dividimos a circunferência trigonométrica em 6 partes iguais, cada arco mede 60o ou 3 pi rad e podemos associar a extremidade de cada arco cuja medida é múltiplo dele “contando “ essas partes. Veja: Exercício de aula: Faça uma circunferência trigonométrica para cada item e marque a extremidade dos arcos, na primeira volta completa, cujas mediadas são: (a) 90o ou 2 pi rad e todos os seus múltiplos, contando de 90o em 90º ou de 2 pi rad em 2 pi rad. (b) 30o ou 6 pi rad e todos os seus múltiplos, contando de 30o em 30o ou de 6 pi rad em 6 pi rad. (c) Faça o mesmo que na letra (a) para os múltiplos de 45o (ou 4 pi rad). Obs. : Um arco pode dar mais do que uma volta completa na circunferência trigonométrica; basta que o módulo de sua medida seja maior que 360o ou 2pi rad. Por exemplo, para obter a extremidade do arco de medida 7 3 pi rad, pensamos o seguinte: 7 6 1 2 3 3 3 3 pi pi pi pi pi= + = + . Isto significa que o arco dá uma volta completa no sentido positivo e vai parar na mesma extremidade que o 3 pi . Veja a figura: 6 De forma semelhante, a extremidade de 9 2 radpi− vai coincidir com a extremidade de 2 pi− , após dar duas voltas completas no sentido negativo. Veja: 9 8 4 2 2 2 2 pi pi pi pi pi − − − − = + = − + . Observe a figura: Exercício de aula: Faça uma figura para cada caso e localize a extremidade do arco cuja medida é: (a) 15 2 radpi (b) 1080o (c) 11 4 radpi− 7. Simetrias É útil relacionar medidas de arcos com extremidades simétricas em relação aos eixos coordenados ou à origem do sistema cartesiano. Isso nos ajudará mais adiante na determinação dos valores de seno e cosseno desses arcos. Para um arco de medida α no primeiro quadrante (em graus ou radianos), os simétricos estão definidos na figura: 7 Por exemplo, os simétricos a 6 radpi são: a) em relação ao eixo dos x: 112 6 6 pi pi pi − = b) em relação ao eixo dos y: 5 6 6 pi pi pi − = c) em relação à origem: 7 6 6 pi pi pi + = Veja figura: Exercício de aula: Faça uma figura em cada caso e determine os simétricos de: (a) 3 radpi (b) 45o (c) 3 8 radpi 8. Razões trigonométricas na circunferência Para uma extensão dos conceitos de seno e cosseno vistos no triângulo retângulo, consideremos a circunferência trigonométrica e um arco de medida α no primeiro quadrante. 8 Veja a figura abaixo e observe que, do triângulo retângulo OMP, como o raio dacircunferência trigonométrica é igual a 1, temos: . cos ( ) 1 cat adj OP OP abscissa M hip α = = = = . . ( ) . 1 cat op MP sen MP ordenada M hip α = = = = Assim, Veja a figura: Considerando a definição, um modo simples de determinar o seno é tomar o y do ponto (0, y) que liga o centro do círculo à projeção da extremidade do arco sobre o eixo vertical do sistema cartesiano (eixo dos senos). De forma semelhante, um modo de determinar o cosseno é tomar o x do ponto (x, 0) que liga o centro do círculo à projeção da extremidade do arco sobre o eixo horizontal do sistema cartesiano (eixo dos cossenos). Veja figura: O seno de um ângulo central, num círculo trigonométrico, é a ordenada do ponto que é extremidade do arco por ele subentendido. O cosseno de um ângulo central, num círculo trigonométrico, é a abscissa do ponto que é extremidade do arco por ele subentendido. 9 Exercício de aula: (1) Construa circunferências e nelas, marque as extremidades dos arcos notáveis e de seus simétricos (em relação ao eixo x, ao eixo y e à origem). Considerando os valores de seno e cosseno para os arcos notáveis, determine os valores de seno e cosseno para cada arco representado. Represente nessas circunferências os valores de seno e cosseno calculados. (2) Faça figuras que permitam determinar os valores solicitados relacionando-os, quando possível, com valores de arcos que estão no primeiro quadrante: (a) ( ) ( )960 ;cos 360 ; 180 ;cos 270o o o osen sen− − (b) 7 7;cos 3 3 sen pi pi (c) 11 11;cos 6 6 sen pi pi − − (d) 11 11;cos 4 4 sen pi pi (e) 5 5;cos 6 6 sen pi pi− − (f) 5 5;cos 3 3 sen pi pi− − ........................................................................................................................................................ Algumas figuras foram retiradas de: PAIVA, Manoel. Matemática. V. 1. São Paulo: Moderna, 2000. SMOLE, Kátia e KIYUKAWA, Rokusaburo. Matemática. V. 1. São Paulo: Saraiva, 1998.
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