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Unidade IV MATEMÁTICA PARA COMPUTAÇÃO Prof. Marcelo Seita Trigonometria Do grego: tri (três) + gonos (ângulos) + metron (medida). Estudo das propriedades dos triângulos. 0 Trigonometria Hipotenusa: hypós (abaixo) + teínein (esticado). hipoteínousa o esticado abaixo Ângulos Babilônicos (±𝟐𝟎𝟎𝟎 a.C.): numeração base 60 e 𝝅=3 Do latim gradus: passo, distância. Fonte: http://www.brasilescola.com/upload/e/ Untitled-6(40).jpg Ângulos Fonte: https://blogdoenem.com.br/wp-content/uploads/2016/03/5-4.gif Ângulos Graus Radianos 360º 2𝜋 180º 𝜋 90º 𝜋 2 60º 𝜋 3 45º 𝜋 4 30º 𝜋 6 Pitágoras A hipotenusa ao quadrado é igual à soma dos quadrados dos catetos. Fonte: https://pt-static.z-dn.net/files/d63/ bbb69a47b08823923b61ce94fb1b675f.jpg Seno & Cosseno 60º 60º 60º 1 1 1 1 1 1 2 1 2 3 2 Seno & Cosseno 1 𝟏 𝟐 𝟑 𝟐 𝟑 𝟒 1 𝟏 𝟒 Seno & Cosseno 30º 1 𝟏 𝟐 3 2𝒔𝒆𝒏 𝟑𝟎° = 𝟏 𝟐 𝒔𝒆𝒏 𝝅 𝟔 = 𝟏 𝟐 Seno & Cosseno 30º 1 1 2 𝟑 𝟐𝒄𝒐𝒔 𝟑𝟎° = 𝟑 𝟐 𝒄𝒐𝒔 𝝅 𝟔 = 𝟑 𝟐 Seno & Cosseno 30º 1 1 2 𝟑 𝟐𝒔𝒆𝒏 𝟔𝟎° = 𝟑 𝟐 𝒔𝒆𝒏 𝝅 𝟑 = 𝟑 𝟐 Seno & Cosseno 30º 1 𝟏 𝟐 3 2𝒄𝒐𝒔 𝟔𝟎° = 𝟏 𝟐 𝒄𝒐𝒔 𝝅 𝟑 = 𝟏 𝟐 Seno & Cosseno 0 b a 𝜶 1 𝒔𝒆𝒏 𝜶 = 𝒂 𝒄 𝒄𝒐𝒔 𝜶 = 𝒃 𝒄 Interatividade Calcule a expressão e escolha a alternativa com a resposta correta: 𝒔𝒆𝒏 𝝅 𝟐 + 𝒄𝒐𝒔𝟐𝝅 =? a) 𝟐 b) 1 c) 𝟎 d) -1 e) -2 Tangente cosx se n x 1 1 tg x 𝒔𝒆𝒏𝒙 𝒄𝒐𝒔𝒙 = 𝒕𝒈𝒙 𝟏 𝒕𝒈𝒙 = 𝒔𝒆𝒏𝒙 𝒄𝒐𝒔𝒙 Ângulos notáveis Ângulo 0º 30º 45º 60º 90º Seno 0 1 2 2 2 3 2 1 Cosseno 1 3 2 2 2 1 2 0 Tangente 0 3 3 1 3 ∄ Sinais: Seno (0,0) (1,0) (0,1) (-1,0) (0,-1) ++ - - Sinais: Cosseno (0,0) (1,0) (0,1) (-1,0) (0,-1) + - - + Relação Fundamental cosx se n x 1 1 𝒂𝟐 = 𝒔𝒆𝒏𝒙𝟐 + 𝒄𝒐𝒔𝒙𝟐 𝟏 = 𝒔𝒆𝒏𝒙𝟐 + 𝒄𝒐𝒔𝒙𝟐 𝒔𝒆𝒏𝒙𝟐 = 𝟏 − 𝒄𝒐𝒔𝒙𝟐 𝒄𝒐𝒔𝒙𝟐 = 𝟏 − 𝒔𝒆𝒏𝒙𝟐 Lei dos cossenos ab c A B C h H 𝐇𝐁𝐂: 𝒉𝟐 + (𝒄 −𝒎)𝟐= 𝒂𝟐 m 𝐇𝐀𝐂: 𝒉𝟐 + 𝒎𝟐 = 𝒃𝟐 - (𝒄 −𝒎)𝟐−𝒎𝟐 = 𝒂𝟐 − 𝒃𝟐 𝒂𝟐 = 𝒃𝟐 + 𝒄𝟐 − 𝟐𝒄𝒎 𝜶 𝒄𝒐𝒔𝜶 = 𝒎 𝒃 𝒎 = 𝒃𝒄𝒐𝒔𝜶 𝒂𝟐 = 𝒃𝟐 + 𝒄𝟐 − 𝟐𝒄𝒃𝒄𝒐𝒔𝜶 Lei dos cossenos 3 8 x 60º 𝒙𝟐 = 𝟑𝟐 + 𝟖𝟐 − 𝟐. 𝟑. 𝟖. 𝒄𝒐𝒔𝟔𝟎° 𝒙 = 𝟕 𝒙𝟐 = 𝟗 + 𝟔𝟒 − 𝟒𝟖. 𝟏 𝟐 Um outra resolução 3 8 x 60º h 𝒔𝒆𝒏𝟔𝟎° = 𝒉 𝟑 𝒉 = 𝟑. 𝒔𝒆𝒏𝟔𝟎° = 𝟑. 𝟑 𝟐 z y 𝟑𝟐 = 𝒛𝟐 + 𝟑 𝟑 𝟐 𝟐 𝐳 = 𝟑 𝟐 𝐲 = 𝟖 − 𝟑 𝟐 𝐲 = 𝟏𝟑 𝟐 𝒙𝟐 = 𝒉𝟐 + 𝒚𝟐 𝒙𝟐 = 𝟑 𝟑 𝟐 𝟐 + 𝟏𝟑 𝟐 𝟐 𝒙 = 𝟕 𝟑𝟐 = 𝒉𝟐 + 𝒛𝟐 Lei dos senos A B C a bc diâmetro = 2r 𝒂 𝒔𝒆𝒏𝑨 = 𝒃 𝒔𝒆𝒏𝑩 = 𝒄 𝒔𝒆𝒏𝑪 = 𝟐𝒓 A’ 𝑨 = 𝑨′ 𝒔𝒆𝒏𝑨′ = 𝒂 𝟐𝒓 𝟐𝒓 = 𝒂 𝒔𝒆𝒏𝑨′ = 𝒂 𝒔𝒆𝒏𝑨 Lei dos senos C A B c 𝟓 𝟐 x 45º 30º 𝒙 𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎° = 𝟓 𝟐 𝒔𝒆𝒏𝟒𝟓° 𝒙 𝟏 𝟐 = 𝟓 𝟐 𝟐 𝟐 𝒙 = 𝟓 Uma outra solução C A B c 𝟓 𝟐 x 45º 30º h 𝒔𝒆𝒏𝟒𝟓° = 𝒉 𝒙 𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎° = 𝒉 𝟓 𝟐 𝒉 = 𝒙𝒔𝒆𝒏𝟒𝟓° 𝒉 = 𝟓 𝟐𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎° 𝒙 𝟐 𝟐 = 𝟓 𝟐 𝟏 𝟐 𝒙 = 𝟓 Interatividade Sabendo-se que 𝒔𝒆𝒏𝒙 = 𝟏 𝟐 , quanto vale 𝒄𝒐𝒔𝒙? a) 𝟐 𝟐 b) 𝟏 𝟐 c) 𝟑 𝟐 d) 𝟑 𝟑 e) 1 Números Complexos 16 4 4 𝟏𝟔 = 𝟒 Números Complexos 𝒙𝟐 + 𝟏 =0 𝒙 = −𝟏 Números Complexos Latim: complecti (formado de duas partes) 𝒁 = (𝒙 + 𝒚𝒊) 1545 Cardano e 1572 Bombelli: equações cúbicas 1637 Descartes: raiz imaginária 1702 Leibniz: anfíbio 1748 Euler: 𝑖 1832 Gauss: números complexos Números Complexos Possibilita que grandezas que variam senoidalmente ou cossenoidalmente em função do tempo sejam representados por vetores bidimensionais. É mais fácil operar (somar, multiplicar etc.) com números complexos de diferentes módulos e argumentos do que operar com funções trigonométricas (senos e cossenos). Números Complexos Aplicações Engenharia de Controle Física (buracos negros) Engenharia elétrica (análise de circuitos) Geometria Fractal Aerodinâmica Computação Quântica Números Complexos 𝒛 = 𝒂 + 𝒊𝒃 número imaginário parte real parte imaginária Se a=0: imaginário puro Se b=0: número real Se 𝒂 ≠ 𝟎 𝒆 𝒃 ≠ 𝟎: número imaginário Operações Conjugado de um número complexo 𝒛 = 𝒂 + 𝒃𝒊 ത𝒛 = 𝒂 − 𝒃𝒊 Ex: 𝒛 = 𝟑 + 𝟐𝒊 ത𝒛 = 𝟑 − 𝟐𝒊 𝒛 = 𝟐𝒊 ത𝒛 = −𝟐𝒊 𝒛 = 𝟑 ത𝒛 = 𝟑 Operações Adição: soma-se separadamente os componentes reais dos complexos Ex.: 𝒛𝟏 = 𝟏 + 𝟐𝒊 e 𝒛𝟐 = 𝟑 − 𝟒𝒊 𝒛𝟏 + 𝒛𝟐 = 𝟒 − 𝟐𝒊 Operações Propriedades da adição: Associativa: 𝒛𝟏 + 𝒛𝟐 + 𝒛𝟑 = 𝒛𝟏 + 𝒛𝟐 + 𝒛𝟑 Comutativa: 𝒛𝟏 + 𝒛𝟐 = 𝒛𝟐 + 𝒛𝟏 Elemento neutro: 𝒛𝟏 + 𝒆 = 𝒆 + 𝒛𝟏 Elemento oposto: 𝒛𝟏 +𝒘 = 𝒘 + 𝒛𝟏 = 𝟎 Subtração Ex.: 𝒛𝟏 = 𝟏 − 𝟐𝒊 e 𝒛𝟐 = 𝟑 − 𝟒𝒊 𝒛𝟏 − 𝒛𝟐 = −𝟐 + 𝟐𝒊 Operações Multiplicação Seja 𝒛𝟏 = 𝒂 + 𝒃𝒊 e 𝒛𝟐 = 𝒄 + 𝒅𝒊, 𝒕𝒆𝒎𝒐𝒔: 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = 𝒂𝒄 + 𝒂𝒅𝒊 + 𝒃𝒊𝒄 + 𝒃𝒊𝒅𝒊 = 𝒂𝒄 − 𝒃𝒅 + 𝒂𝒅 + 𝒃𝒄 𝒊 Ex.: 𝒛𝟏 = 𝟏 − 𝟐𝒊 e 𝒛𝟐 = 𝟑 − 𝟒𝒊 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = 𝟏. 𝟑 − −𝟐 . −𝟒 + 𝟏. −𝟒 + −𝟐 . 𝟑 𝒊 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = 𝟑 − 𝟖 + −𝟏𝟎 𝒊 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = −𝟓 − 𝟏𝟎𝒊 Operações Divisão 𝒛𝟏 = 𝟐 e 𝒛𝟐 = 𝟑 + 𝟓𝒊 𝟐 𝟑 + 𝟓𝒊 = 𝟐 𝟑 + 𝟓𝒊 . 𝟑 − 𝟓𝒊 𝟑 − 𝟓𝒊 = 𝟔 − 𝟏𝟎𝒊 𝟗 + 𝟐𝟓 = 𝟔 − 𝟏𝟎𝒊 𝟑𝟒 = 𝟑 − 𝟓𝒊 𝟏𝟕 Interatividade Dado o número complexo abaixo, calcule seu quadrado e assinale a alternativa correspondente: 𝒛 = 𝟐 + 𝟓𝒊 a) 𝒛𝟐 = 𝟏𝟗 − 𝟏𝟎𝐢 b) 𝒛𝟐 = 𝟏𝟗 − 𝟐𝟎𝐢 c) 𝒛𝟐 = −𝟏𝟗 + 𝟏𝟎𝐢 d) 𝒛𝟐 = 𝟐𝟗 + 𝟐𝟎𝐢 e) 𝒛𝟐 = −𝟏𝟗 + 𝟐𝟎𝐢 Representação geométrica e forma cartesiana Plano de Argand-Gauss 𝒛 = 𝟒 + 𝟐𝒊 Im Real4 2 (4,2) Representação geométrica e forma cartesiana Plano de Argand-Gauss 𝒛 = −𝟑𝒊 Im Real -3 (0,-3) Módulo Distância entre a origem (0,0) do plano e o ponto em questão 𝒛 = 𝟒 + 𝟐𝒊 𝝆 = 𝒛 = 𝒂𝟐 + 𝒃𝟐 𝝆 = 𝒛 = 𝟒𝟐 + 𝟐𝟐 𝝆 = 𝒛 = 𝟐𝟎 𝝆 = 𝒛 = 𝟐 𝟓 Im Real4 2 (4,2) (0,0) Argumento É a medida do ângulo formado pelo ponto no plano de Argand com vértice na origem e lado no eixo das abscissas Im x Q (0,0) 𝝆 𝜽 b a 𝒔𝒆𝒏𝜽 = 𝒃 𝝆 𝒄𝒐𝒔𝜽 = 𝒂 𝝆 𝒛 = 𝟑 + 𝒊 𝝆 = 𝒛 = 𝟑 𝟐 + 𝟏𝟐 𝝆 = 𝟐 𝒄𝒐𝒔𝜽 = 𝟑 𝟐 𝒔𝒆𝒏𝜽 = 𝟏 𝟐 ∴ 𝜽 = 𝟑𝟎° Forma trigonométrica Da trigonometria temos que: 𝒄𝒐𝒔𝜽 = 𝒂 𝒛 e 𝒔𝒆𝒏𝜽 = 𝒃 𝒛 O que nos permite escrever 𝒂 = 𝒄𝒐𝒔𝜽. 𝒛 e 𝒃 = 𝒔𝒆𝒏𝜽. 𝒛 Logo 𝒛 = 𝒛 . 𝒄𝒐𝒔𝜽 + 𝒛 . 𝐬𝐞𝐧𝜽 (coordenadas polares) Forma trigonométrica 𝒛 = 𝒛 . 𝒄𝒐𝒔𝜽 + 𝒛 . 𝐬𝐞𝐧𝜽 𝒛 = 𝟏 + 𝒊 𝒛 = 𝟏𝟐 + 𝟏𝟐 = 𝟐 𝒄𝒐𝒔𝜽 = 𝟏 𝟐 = 𝟐 𝟐 → 𝜽 = 𝟒𝟓° 𝒐𝒖 𝝅 𝟒 ∴ 𝒂 = 𝒛 . 𝒄𝒐𝒔𝟒𝟓° 𝒔𝒆𝒏𝜽 = 𝟏 𝟐 = 𝟐 𝟐 → 𝜽 = 𝟒𝟓° 𝒐𝒖 𝝅 𝟒 ∴ 𝒃 = 𝒛 . 𝒔𝒆𝒏𝟒𝟓° Forma trigonométrica Logo, a forma trigonométrica é dada por: 𝒛 = 𝟐𝒄𝒐𝒔𝟒𝟓° + 𝒊. 𝟐𝒔𝒆𝒏𝟒𝟓° Ou ainda:𝒛 = 𝟐𝒄𝒐𝒔 𝝅 𝟒 + 𝒊. 𝟐𝒔𝒆𝒏 𝝅 𝟒 Multiplicação na forma trigonométrica 𝒛𝟏 = 𝝆𝟏 𝒄𝒐𝒔𝜽𝟏 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝜽𝟏 𝒛𝟐 = 𝝆𝟐 𝒄𝒐𝒔𝜽𝟐 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝜽𝟐 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = 𝝆𝟏. 𝝆𝟐 𝒄𝒐𝒔 𝜽𝟏 + 𝜽𝟐 + 𝒊𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟏 + 𝜽𝟐) 𝒛𝟏 = 𝟑𝒄𝒐𝒔𝟑𝟎° + 𝟑𝒊𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎° 𝒛𝟐 = 𝟓𝒄𝒐𝒔𝟒𝟓° + 𝟓𝒊𝒔𝒆𝒏𝟒𝟓° 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = 𝟑. 𝟓. 𝒄𝒐𝒔 𝟑𝟓° + 𝟒𝟓° + 𝒊𝒔𝒆𝒏(𝟑𝟓° + 𝟒𝟓°) 𝒛𝟏. 𝒛𝟐 = 𝟏𝟓. 𝒄𝒐𝒔𝟕𝟓° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟕𝟓° Divisão na forma trigonométrica 𝒛𝟏 = 𝝆𝟏 𝒄𝒐𝒔𝜽𝟏 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝜽𝟏 𝒛𝟐 = 𝝆𝟐 𝒄𝒐𝒔𝜽𝟐 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝜽𝟐 𝒛𝟏: 𝒛𝟐 = 𝝆𝟏: 𝝆𝟐 𝒄𝒐𝒔 𝜽𝟏 − 𝜽𝟐 + 𝒊𝒔𝒆𝒏(𝜽𝟏 − 𝜽𝟐) 𝒛𝟏 = 𝟏𝟎(𝒄𝒐𝒔𝟗𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟗𝟎°) 𝒛𝟐 = 𝟐(𝒄𝒐𝒔𝟑𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎°) 𝒛𝟏: 𝒛𝟐 = 𝟓 𝒄𝒐𝒔 𝟗𝟎° − 𝟑𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏(𝟗𝟎° − 𝟑𝟎°) 𝒛𝟏: 𝒛𝟐 = 𝟓. 𝒄𝒐𝒔𝟔𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟔𝟎° Potenciação Dado o número complexo 𝒛 = 𝝆 𝒄𝒐𝒔𝜽 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝜽 Temos que 𝒛 𝟐 = 𝝆. 𝝆. 𝒄𝒐𝒔 𝜽 + 𝜽 + 𝒊𝒔𝒆𝒏 𝜽 + 𝜽 Portanto, é fácil notar que 𝒛𝟐 = 𝝆𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟐𝜽 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟐𝜽 O que nos permite generalizar 𝒛𝒏 = 𝝆𝒏 𝒄𝒐𝒔𝒏𝜽 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝒏𝜽 Potenciação Sendo 𝒛 = 𝟐 𝒄𝒐𝒔𝟑𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎° , 𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒆 (𝒛)𝟏𝟎 𝒛 𝟏𝟎 = 𝝆𝟏𝟎(𝒄𝒐𝒔𝟏𝟎. 𝟑𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟏𝟎. 𝟑𝟎°) 𝒛 𝟏𝟎 = 𝝆𝟏𝟎(𝒄𝒐𝒔𝟑𝟎𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟑𝟎𝟎°) Interatividade Dados os números complexos abaixo, calcule a divisão 𝒛𝟏 𝒛𝟐 e assinale a alternativa correta: 𝒛𝟏 = 𝟏𝟎 𝒄𝒐𝒔𝝅 + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝝅 𝒛𝟐 = 𝟐 + 𝟐𝒊 a) 𝟐𝟎(𝒄𝒐𝒔𝟐𝟎𝟓° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟐𝟎𝟓°) b) 𝟓(𝒄𝒐𝒔𝟒° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟒°) c) 𝟓(𝒄𝒐𝒔𝟏𝟑𝟓° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟏𝟑𝟓°) d) 𝟐(𝒄𝒐𝒔𝟒𝟎° + 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟒𝟎°) e) 𝟓(𝒄𝒐𝒔𝟏𝟑𝟓° − 𝒊𝒔𝒆𝒏𝟏𝟑𝟓°) ATÉ A PRÓXIMA!
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