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TRIGONOMETRIA A trigonometria é uma parte importante da Matemática. Começaremos lembrando as relações trigonométricas num triângulo retângulo. Num triângulo ABC, retângulo em A, indicaremos por Bˆ e por Cˆ as medidas dos ângulos internos, respectivamente nos vértices B e C. TEOREMA DE PITÁGORAS: Em todo triângulo retângulo, a soma dos quadrados das medidas dos catetos é igual ao quadrado da medida da hipotenusa. 222 cba Definições: 1. Em todo triângulo retângulo, o seno de um ângulo agudo é a razão entre a medida do cateto oposto a esse ângulo e a medida da hipotenusa. a b hipotenusa Bˆânguloaoopostocateto Bˆsen a c hipotenusa Cˆânguloaoopostocateto Cˆsen 2. Em todo triângulo retângulo, o cosseno de um ângulo agudo é a razão entre a medida do cateto adjacente a esse ângulo e a medida da hipotenusa. a c hipotenusa Bˆânguloaoadjacentecateto Bˆcos a b hipotenusa Cˆânguloaoadjacentecateto Cˆcos 3. Em todo triângulo retângulo, a tangente de um ângulo agudo é a razão entre a medida dos catetos oposto e adjacente a esse ângulo. c b Bˆânguloaoadjacentecateto Bˆânguloaoopostocateto Bˆtg b c Cˆânguloaoadjacentecateto Cˆânguloaoopostocateto Cˆtg Observação: Note que Bˆcos Bˆsen a c a b c b Bˆtg . Em geral, utilizaremos xcos xsen xtg , para o ângulo x. VALORES NOTÁVEIS 1) Considere o triângulo eqüilátero de medida de lado a. 2 1 a 2 a )30(sen 2 3 a 2 3a )30cos( 3 3 3 1 2 3a 2 a )30(tg 2 3 a 2 3a )60(sen 2 1 a 2 a )60cos( 3 2 a 2 3a )60(tg 2) Considere o quadrado de medida de lado a. 2 2 2 1 2a a )45(sen 2 2 2 1 2a a )45cos( 1 a a )45(tg Resumindo: 30o 45o 60o Seno 2 1 2 2 2 3 Cosseno 2 3 2 2 2 1 Tangente 3 3 1 3 ARCOS DE CIRCUNFERÊNCIA Dados dois pontos distintos A e B sobre uma circunferência, esta fica dividida em duas partes, denominadas arcos, que indicaremos por ou . As unidades usuais para arcos de circunferência são: grau e radiano. MEDIDA DE ARCOS Considere uma circunferência orientada, de centro O e raio unitário. Definimos: GRAU: é o arco unitário correspondente a 360 1 da circunferência que contém o arco a ser medido. RADIANO: é um arco unitário cujo comprimento é igual ao raio da circunferência que contém o arco a ser medido. ( oradiano 571 ) As medidas de arcos de circunferências em graus e em radianos são diretamente proporcionais, possibilitando a obtenção da equação de conversão de unidades, através de uma regra de três simples, em que é a medida em graus e em radianos. medida em graus medida em radianos 180 180 CICLO TRIGONOMÉTRICO Considere uma circunferência orientada, de centro O e raio unitário. Imagine um ponto A se deslocando sobre a circunferência. Existe uma diferença muito importante para se graduar uma reta e uma circunferência: enquanto que na reta cada ponto corresponde a um único número real, na circunferência cada ponto corresponde a uma infinidade de números reais e todos diferem de múltiplos inteiros de 2 . A figura a seguir ilustra a graduação, em radianos, de uma circunferência de raio 1. Ao marcarmos o ponto P na circunferência de raio 1, temos um triângulo retângulo correspondente, de onde calculamos: p p x 1 x cos ; p p y y sen 1 ; 122 pp yx obtendo-se 122 sencos A figura acima mostra que no eixo x temos o valor do cosseno e no eixo y, temos o seno, definindo o chamado ciclo trigonométrico. Para os pontos A, B, C e D podemos obter os seguintes valores: sen0 = yA = 0 cos0 =xA = 1 sen 2 = yB = 1 cos 2 =xB = 0 sen = yC = 0 cos =xC = -1 sen 23 = yD = 1 cos 23 =xD = 0 sen2 = yA = 0 cos2 =xA = 1 FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Estudaremos as funções seno, cosseno, tangente, cotangente, secante e cossecante, nos ciclos trigonométricos. Veremos a periodicidade e os gráficos das funções seno cosseno e tangente. O que é periodicidade? Para que fique bem claro o que este termo quer dizer, vamos exemplificar com os dias da semana, de 7 em 7 dias eles se repetem, chamamos este fato de periódico, e o período é 7. Estas três funções que serão apresentadas são ditas funções periódicas. Definição: Uma função f é periódica se existir um número real p > 0 tal que f(x+p) = f(x), fDomx . Neste caso, o menor valor de p que satisfaz tal condição é chamado período de f. Observação: o gráfico de uma função periódica é caracterizado por ter seu “desenho” se repetindo. Assim, para desenharmos a curva toda, basta desenharmos a parte correspondente a um período e copiar à direita e à esquerda infinitas cópias da parte desenhada. Vamos analisar a periodicidade destas três funções trigonométricas: 1) Seno sen(x) = sen(x + 2 ) = sen(x + 4 ) =..... = sen(x + k2 ), k Z. Seno é função periódica de período 2 2) Cosseno cos(x) = cos(x + 2 ) = cos(x + 4 ) =..... = cos(x + k2 ), k Z. Cosseno é função periódica de período 2 3) Tangente tg(x) = tg(x + ) = tg(x+ 2 ) =..... = tg(x + k ), k Z. Tangente é função periódica de período Generalizando: y = a sen(kx) e y = a cos(kx) p = k 2 Generalizando: y = a tg(kx) p = k Exemplos: 1) Determine o período de cada função: a). y = 3 sen(x) p = 2 b) y = 3 sen(2x) p = 2 2 c). y = 2 sen(x/2) p = 4 2/1 2 d) y = 3 cos(2x) p = 2 2 e) y = cos(3x/5) p = 3 10 5/3 2 2) Determine o período de cada função: a). y = tg(2x) p = 2 b). y = 2 tg(x) p = a). y = tg(x/2) p = 2 2/1 GRÁFICO DA FUNÇÃO SENO y = sen x Propriedades a) Dom = b) Img = [-1, 1] c) Período = 2 d) sen (-x) = - sen (x) GRÁFICO DA FUNÇÃO COSSENO y = cos x Propriedades a) Dom = b) Img = [-1, 1] c) Período = 2 d) cos (-x) = cos (x) GRÁFICO DA FUNÇÃO TANGENTE y = tg x Propriedades a) Dom = }kx/x{ 2 b) Img = c) Período = d) tg (-x) = -tg (x) RELAÇÕES FUNDAMENTAIS tg x = xcos senx , para k 2 x com Zk sen 2x + cos2x = 1, para Rx cotg x = senx xcos , para kx com Zk sec2x = 1 + tg2x, para k 2 x com Zk sec x = xcos 1 , para k 2 x com Zk cossec 2x = 1 + cotg2x, para kx com Zk cossec x = senx 1 , para kx com Zk FÓRMULAS DE ADIÇÃO E SUBTRAÇÃO Sendo “a” e “b” dois números reais. sen(a + b) = sena.cosb + cosa.senb sen(a – b) = sena.cosb – cosa.senb cos(a + b) = cosa.cosb - sena.senb cos(a – b) = cosa.cosb + sena.senb tg(a + b) = tgb.tga tgbtga 1 tg(a - b) = tgb.tga tgbtga 1 Exemplos 1) Calcule a) )15cos( Solução: 4 26 2 1 2 2 2 3 2 2 )30(sen)45(sen)30cos()45cos()3045cos()15cos( b) )15(sen Solução: 4 26 2 1 2 2 2 3 2 2 )30cos()45(sen)30cos()45(sen)3045(sen)15(sen b) )15(tg Solução: 32 6 326 6 3612 39 3369 33 33323 33 33 33 33 33 33 3 33 3 33 3 3 11 3 3 1 )30(tg)45(tg1 )30(tg)45(tg )3045(tg)15(tg 22 22 FÓRMULAS DE MULTIPLICAÇÃO: ARCO DUPLO (2a) A partir das fórmulas de adição e subtração, podemos obter as seguintes fórmulas de multiplicação:cos(2a) = cos(a+a) = cos a cos a – sen a sen a = cos2a – sen2a = =cos2a –(1- cos2a ) = 2 cos2a -1 sen(2a) = sen(a+a) = sen a cos a + sen a cos b = 2 sen a cos a tg(2a) = tg (a+a) = atg1 tga2 tga.tga1 tgatga 2 Ou seja, cos 2a = asenacos 22 sen 2a = 2 sen a . cos a cos 2a = 2 cos2a – 1 tg 2a = .atg1 tga2 2 cos 2a= 1 – 2 sen2a Exemplos 1) Sabendo que 3 1 )x(tg , calcule tg(2x). Solução tg(2x) = 4 3 8 9 3 2 9 8 3 2 9 1 1 3 1 2 .xtg1 xtg2 2 2) Resolva a equação 1)x(sen3)x2cos( . Solução 02)x(sen3)x(sen2 1)x(sen3)x(sen)x(sen1 1)x(sen3)x(sen)x(cos 1)x(sen3)x2cos( 2 22 22 Resolvendo a equação de 2º grau em sen(x), temos: 25169)2(2432 xexistenão2 4 53 ou k2 6 5 xouk2 6 x 2 1 4 53 4 53 )x(sen Conjunto solução: Zk,k2 6 5 xouk2 6 xRxS FÓRMULAS DE BISSECÇÃO As fórmulas de bissecção podem ser obtidas do seguinte modo: 2 )b2cos(1 bsen)b2cos(1bsen2bsen21)b2cos( 222 e, se considerarmos b= 2 a , obtemos 2 1 2 2 acosasen . Seguindo essa idéia, temos 2 1 2 2 acosasen 2 1 2 2 acosacos acos acosa tg 1 1 2 2 RELAÇÕES DE PROSTAFÉRESE Fazendo qba pba , ou seja, 2 qp b 2 qp a e substituindo nas fórmulas de adição e subtração, obtemos as relações de prostaférese dadas por sen p + sen q = 2 qp cos 2 qp sen2 sen p - sen q = 2 qp cos 2 qp sen2 cos p + cos q = 2 qp cos 2 qp cos2 cos p - cos q = 2 qp sen 2 qp sen2 tg p + tg q = )qcos().pcos( )qp(sen tg p - tg q = )qcos().pcos( )qp(sen FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS INVERSAS Nosso problema agora é procurar, se existirem, valores de y para os quais sen y = x, lembrando que 1x1 . Dado x, o valor de y correspondente tal que sen y = x determina uma função. Mas, para que o valor de x determinado seja único, teremos que usar a restrição 2 y 2 . Para solucionarmos esta questão, temos que estudar as funções trigonométricas inversas. 1) Função arco-seno (arcsen) A cada x [–1,1] associa-se um único y 2 , 2 tais que sen y = x. Assim, definimos a função arcsen : [–1,1] 2 , 2 x )x(arcseny Exemplos 1) Calcule a) y = arcsen(1/2) Solução y = arcsen(1/2) sen y = 1/2 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = /6, ou seja, 62 1 arcsen . b) y = arcsen(0) Solução y = arcsen(0) sen y = 0 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = 0, ou seja, 00arcsen . c) y = arcsen(-1/2) Solução y = arcsen(-1/2) sen y = -1/2 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = /6, ou seja, 62 1 arcsen . d) y = arcsen(1) Solução y = arcsen(1) sen y = 1 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = /2, ou seja, 2 1arcsen . 2) Função arco-cosseno (arccos) A cada x [–1,1] associa-se um único y ,0 tais que cos y = x. Assim, definimos a função arccos : [–1,1] ,0 x )xarccos(y Exemplos 1) Calcule a) y = arccos(1/2) Solução y = arccos(1/2) cos y = 1/2 . Lembrando que y ,0 , temos y = /3, ou seja, 32 1 arccos . b) y = arccos(0) Solução y = arccos(0) cos y = 0 . Lembrando que y ,0 , temos y = /2, ou seja, 2 0arccos . c) y = arccos(-1/2) Solução y = arccos(-1/2) cos y = -1/2. Lembrando que y ,0 temos y = 2 /3, ou seja, 3 2 2 1 arccos . d) y = arccos(1) Solução y = arccos(1) cos y = 1 . Lembrando que y ,0 temos y = , ou seja, 1arccos . 3) Função arco-tangente (arctg) A cada x [–1,1] associa-se um único y 2 , 2 tais que tg y = x. Assim, definimos a função arcsen : [–1,1] 2 , 2 x )x(arctgy Exemplos 1) Calcule a) y = arctg(1) Solução y = arctg(1) tg y = 1 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = /4, ou seja, 4 1arctg . b) y = arcsen( 3 ) Solução y = arctg( 3 ) tg y = 3 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = /3, ou seja, 3 3arctg . c) y = arctg(-1) Solução y = arctg(-1) tg y = -1 . Lembrando que y 2 , 2 , temos y = /4, ou seja, 4 1arctg . EXERCÍCIOS SOBRE TRIGONOMETRIA 1) Em cada um dos casos, calcule o seno, o cosseno, a tangente do ângulo agudo assinalado: 2) Um barco deveria sair do porto da cidade A e ir até o porto da cidade B em uma linha reta, (no sentido norte-sul). Entretanto, uma correnteza fez com que o barco sofresse um desvio de na direção leste. Ultrapassando o trecho de correnteza o capitão necessitou efetuar uma correção no rumo no barco de 45º para a esquerda, de tal forma que ao reencontrar a rota original é possível traçar um triângulo retângulo. (norte) A 5 milhas (leste) (sul) B 3) A lua é satélite natural da Terra e faz uma revolução em torno do sol em aproximadamente 28 dias. a) De quantos radianos é o movimento da lua em um dia? b) Qual a distância percorrida pela lua em uma revolução completa? (adote a distância da terra à lua de 385.000km). 4) Reduza os arcos à primeira volta, represente-os graficamente e calcule o valor de seu seno, cosseno e tangente. a)1470º b) –1020º c) 4 25 d) 2 5 5) Determine o valor de (a) sen 1620º (b) sen (-990º) 6) Sendo sen a = 1/2 e cos b = -1/2, sabendo que a e b são arcos do 2º quadrante, calcule: a) sen (a+b) b) cos(a-b) c) tg (a+b) Se o barco percorreu 5 milhas na direção leste, quanto ele teve que andar para retornar á rota original? 7) Resolva a expressão matemática a) x = sen (/6)- cos (2/3)-3*sen() b) y = tg(/4)+2*sen(5/6) – [sen (/3)-cos(/6)] 8) (MACK) O valor se sen 55º.cos35º+sen35º.cos55º é: a) –1 b) -0,5 c) zero d)0,5 e) 1,0 9) Simplifique as expressões: a) )x5(sen)x9(sen b) sen (x-900º) + cos (x-540º) 10) Construa o gráfico (dois períodos completos) das seguintes funções, explicitando o domínio, a imagem e o período: a) y = 4 sen x b) y=1 - sen x c) y = 2 sen x/4 11) Calcule : a) sen (9/4) e cos (9/4) b) sen (-2/3) e sen (-2/3) c) sen 8 e cos8 12. Encontre os valores do ângulo no intervalo [0, 2) que satisfaça as equações: a) sen =1; cos=-1; tg=1; sec=1; b) sen =0; cos=0; tg=0; sec=0; c) sen = -1/2; cos= 1/2; tg= -1; sec=2. 13. Determine o período das funções: a) y = sen (8) b) z= 4 sen (8) c) x = cos (4/7) d) p=3 cos(/4+/2) 14. Simplifique a expressão cos 2 sen)sen()sen( . 15. Sabendo-se que sen = -1/3, calcule: a) sen ( - ) b) sen ( + ) c) cos (/2 - ) 16. Usando as fórmulas de adição, calcule: a) sen (+/2) b) cos75º c) cos (5/6), (sugestão 5/6 = /2+/3) 17. Mostre que cossen22sen . 18. Mostre que 2 2cos 2 1 cos2 . RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS DO CÁLCULOZERO - TRIGONOMETRIA 1) a) 2 1 tg , 5 52 cos , 5 5 sen b) 4 3 tg , 5 4 cos , 5 3 sen 2) 5 2 3) a) /14 rad b) 770.000 km 4) a) 1470º equivale a 30º portando sen 30º = ½; cos 30º = 3 /2 e tg 30º = 3 /3 b) – 920 º equivale a 60º portando sen 60º = 3 /2 , cos 60º =1/2 e tg 60º = 3 c) 25/4 equivale a /4 portando sen /4 = 2 /2 , cos /4 = 2 /2 e tg /4 = 1 d) -5/2 equivale a 3/2 portando sen 3/2 = -1 , cos 3/2 = 0 e tg 3/2 = indefinida 5) a) zero b) 1 6) a) 1 b) 3 /2 c)indefinido 7) a) -1 b) 2 8) e 9) a) 2 sen x b) -sen x - cos x 10) a) Dom = , Im = [-4, 4], p=2 b) ) Dom = , Im = [0, 1], p=2 c) Dom = , Im = [-2, 2], p=8 11) a) 2 /2 e 2 /2 b) - 3 /2 e -1/2 c) 0 e 1 12) a) /2, , /4 e 5/4, 0 b) 0 e , /2 e 3/2, 0 e , /2 e 3/2 c) 7/6 e 11/6, /3 e 5/3, 3/4 e 7/4, /3 e 5/3 13) a) /4 b) /4 c) 7/2 d) 8 14) –2sen 15) a) – 1/3 b) 1/3 c) -1/2 16) a) - 3 /2 b) 4/26 c) - 3 /2
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