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PRÉ-CÁLCULO PRÉ-CÁLCULO Me. Rebecca Manesco Paixão 1. Noções de trigonometria 2. Função seno 3. Função cosseno 4. Função tangente 5. Função secante 6. Função cossecante 7. Função cotangente 8. Funções trigonométricas inversas 9. Funções hiperbólicas 10. Funções hiperbólicas inversas Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS PRÉ-CÁLCULO Antes de iniciarmos nossos estudos sobre as funções trigonométricas, é importante relembrarmos que, em Cálculo, é usual a utilização de radianos para denotar a medida de ângulos. A medida, em radianos, do ângulo ACB no centro de uma circunferência trigonométrica diz respeito ao comprimento do arco que ACB forma no círculo trigonométrico. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NOÇÕES DE TRIGONOMETRIA E AS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Clique para editar o título da disciplina Exemplo 1: determine quantos radianos existem em 60 graus. Para determinarmos quantos radianos existem em 60 graus, podemos utilizar um fator de conversão, sabendo que 𝜋 radianos = 180º, ou seja, 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑜𝑠 180º = 1. Assim: 60º 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑜𝑠 180º = 60𝜋 180 = 𝜋 3 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑜𝑠; logo, 60 graus é igual a 𝜋 3 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑜𝑠. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NOÇÕES DE TRIGONOMETRIA E AS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Exemplo 2: determine quantos graus existem em 𝜋 2 radianos. Para determinarmos quantos graus existem em 𝜋 2 radianos, podemos utilizar um fator de conversão, sabendo que 𝜋 radianos = 180º, ou seja, 1 radiano = 180º 𝜋 . Assim: 𝜋 2 ∙ 180º 𝜋 = 90º; logo, 𝜋 2 radianos é igual a 90º. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NOÇÕES DE TRIGONOMETRIA E AS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Quando o ângulo 𝜃 é colocado na posição-padrão no centro de uma circunferência de raio r, as seis funções trigonométricas básicas de 𝜃 são definidas como: • Seno: 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = 𝑦 𝑟 • Cosseno: cos 𝜃 = 𝑥 𝑟 • Tangente: 𝑡𝑔 𝜃 = 𝑦 𝑥 • Cossecante: cossec 𝜃 = 𝑟 𝑦 • Secante: sec 𝜃 = 𝑟 𝑥 • Cotangente: co𝑡𝑔 𝜃 = 𝑥 𝑦 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NOÇÕES DE TRIGONOMETRIA E AS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Clique para editar o título da disciplina Por convenção, o círculo trigonométrico possui raio unitário, uma vez que está associado a um sistema cartesiano. Dessa forma, quando a circunferência apresentar raio r = 1, teremos que cos 𝜃 = x e que sen 𝜃 = y . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NOÇÕES DE TRIGONOMETRIA E AS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS As funções trigonométricas que estudaremos ao longo desta aula são periódicas. Isso quer dizer que quando um ângulo de medida 𝜃 e um ângulo de medida 𝜃 + 2𝜋 estão na posição- padrão, suas semirretas terminais coincidem; em suma, isso significa que os valores das funções trigonométricas se repetem em intervalos regulares. Definição: uma função f (x) é periódica se existe um número positivo p tal que f (x + p) = f (x) para qualquer valor de x . O período de f será o menor valor possível de p . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS NOÇÕES DE TRIGONOMETRIA E AS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Clique para editar o título da disciplina Ao aplicarmos o Teorema de Pitágoras no triângulo retângulo da Figura 3, temos que: 𝑐𝑜𝑠2𝜃 + 𝑠𝑒𝑛2𝜃 = 1 Ao dividirmos a identidade anterior por 𝑐𝑜𝑠2𝜃 e, em seguida, por 𝑠𝑒𝑛2𝜃, obtemos, respectivamente: 1 + 𝑡𝑔2𝜃 = 𝑠𝑒𝑐2𝜃 1 + 𝑐𝑜𝑡𝑔2𝜃 = 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐2𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Fórmulas para soma ou diferença dos ângulos: Fórmulas para o ângulo duplo: Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Tangente de uma soma ou diferença dos ângulos: Lei dos senos: Seja ∆𝐴𝐵𝐶 com ângulos A, B e C e lados opostos a, b e c, respectivamente, então a equação é verdadeira: 𝑠𝑒𝑛 𝐴 𝑎 = 𝑠𝑒𝑛 𝐵 𝑏 = 𝑠𝑒𝑛 𝐶 𝑐 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Lei dos cossenos: Seja ∆𝐴𝐵𝐶 com ângulos A, B e C e lados opostos a, b e c, respectivamente, então a equação é verdadeira: 𝑐2 = 𝑎2 + 𝑏2 − 2𝑎𝑏 cos 𝐶 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Identidades de cofunções: Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Identidades de redução de potências: Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Exemplo 3: escreva a expressão: 𝑐𝑜𝑠 𝜋 3 𝑐𝑜𝑠 𝜋 4 + 𝑠𝑒𝑛 𝜋 3 𝑠𝑒𝑛 𝜋 4 como o seno ou o cosseno de um ângulo. Utilizando a fórmula para soma de ângulos: cos 𝐴 − 𝐵 = cos 𝐴 cos 𝐵 + 𝑠𝑒𝑛 𝐴 𝑠𝑒𝑛 𝐵 Considerando que A = 𝜋 3 e B = 𝜋 4 , temos que: cos 𝜋 3 cos 𝜋 4 + 𝑠𝑒𝑛 𝜋 3 𝑠𝑒𝑛 𝜋 4 = 𝑐𝑜𝑠 𝜋 3 − 𝜋 4 = 𝑐𝑜𝑠 𝜋 12 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Utilizando a lei dos senos: 𝑠𝑒𝑛 𝐵 𝑏 = 𝑠𝑒𝑛 𝐶 𝑐 Temos que: 𝑠𝑒𝑛 45º 6 2 = 𝑠𝑒𝑛 30º 𝑐 2/2 6 2 = 1/2 𝑐 2/2 ∙ 𝑐 = 3 2 𝑐 = 3 2 ∙ 2/ 2 𝑐 = 6 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS IDENTIDADES Definição: toda função f : ℝ →ℝ que a cada x ∈ ℝ faz corresponder o número real y = sen x é uma função seno. A função seno é uma função contínua e limitada. A partir da sua representação gráfica, também chamada de senóide, notamos que a função é ímpar. Por definição: 𝑠𝑒𝑛 −𝜃 = −𝑦 𝑟 = −𝑠𝑒𝑛 𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO Quanto ao domínio e a imagem da função seno, temos que D( f ) = ℝ e que Im( f ) = {y ∈ ℝ −1 ≤ 𝑦 ≤ 1}, ou seja, − 1 ≤ 𝑠𝑒𝑛 𝑥 ≤ 1 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO Temos que o domínio da função seno é o conjunto dos números reais. Assim, D( f ) = ℝ . Para determinar a imagem, fazemos: 𝑦 = 3 + 5𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑠𝑒𝑛 𝑥 = 𝑦 − 3 5 Lembrando que a imagem de seno é dada por 𝐼𝑚 𝑓 = −1,1 , podemos escrever que: Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO −1 ≤ 𝑠𝑒𝑛 𝑥 ≤ 1 −1 ≤ 𝑦 − 3 5 ≤ 1 −5 ≤ 𝑦 − 3 ≤ 5 −2 ≤ 𝑦 ≤ 8 Portanto a imagem da função 𝑓 𝑥 = 3 + 5𝑠𝑒𝑛 𝑥 é 𝐼𝑚 𝑓 = −2,8 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO Definição: toda função f : ℝ →ℝ que a cada x ∈ ℝ faz corresponder o número real y = cos x é uma função cosseno. A representação gráfica da função cosseno é denominada de cossenoide. A partir da mesma, notamos que a função é contínua, limitada, e é uma função par, ou seja, 𝑐𝑜𝑠 −𝜃 = 𝑥 𝑟 = 𝑐𝑜𝑠 𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSENO Quanto ao domínio e a imagem da função cosseno, temos que D( f ) = ℝ e que Im( f ) = {y ∈ ℝ −1 ≤ 𝑦 ≤ 1}, ou seja, − 1 ≤ 𝑐𝑜𝑠 𝑥 ≤ 1 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSENO Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSENO Definição: toda função f : ℝ →ℝ que a cada x ∈ ℝ faz corresponder o número real y = tg x é uma função tangente. A função tangente é contínua sobre o seu domínio, não é limitada nem superior e nem inferiormente, e é ímpar: 𝑡𝑔 −𝜃 = 𝑠𝑒𝑛 −𝜃 cos −𝜃 = −𝑠𝑒𝑛 𝜃 cos 𝜃 = −𝑡𝑔 𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO TANGENTE Quanto ao domínio e a imagem da função tangente, temos que D( f ) = 𝑥 ∈ ℝ 𝑥 ≠ 𝜋 2 + 𝑛𝜋, 𝑛 ∈ ℤ e que Im( f ) = ℝ. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO TANGENTE Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO TANGENTE Definição: toda função f : ℝ →ℝ que a cada x ∈ ℝ faz corresponder o número real y = sec x é uma função secante. A função secante é recíproca da função cosseno, e é par: 𝑠𝑒𝑐 −𝜃 = 1 cos −𝜃 = 1 cos 𝜃 = 𝑠𝑒𝑐 𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SECANTE Quanto ao domínio e a imagem da função secante, temos que D( f ) = 𝑥 ∈ ℝ 𝑥 ≠ 𝜋 2 + 𝑛𝜋, 𝑛∈ ℤ e que Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ 𝑦 ≤ −1 𝑜𝑢 𝑦 ≥ 1 , ou seja, sec 𝑥 ≤ −1 𝑜𝑢 sec 𝑥 ≥ 1. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SECANTE Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SECANTE Definição: toda função f : ℝ →ℝ que a cada x ∈ ℝ faz corresponder o número real y = cossec x é uma função cossecante. A função cossecante é recíproca da função seno, e é ímpar: 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐 −𝜃 = 1 sen −𝜃 = 1 −sen 𝜃 = −𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐 𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSECANTE Quanto ao domínio e a imagem da função cossecante, temos que D( f ) = 𝑥 ∈ ℝ 𝑥 ≠ 𝑛𝜋, 𝑛 ∈ ℤ e que Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ 𝑦 ≤ −1 𝑜𝑢 𝑦 ≥ 1 , ou seja, cossec 𝑥 ≤ −1 𝑜𝑢 cossec 𝑥 ≥ 1. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSECANTE Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSECANTE Definição: toda função f : ℝ →ℝ que a cada x ∈ ℝ faz corresponder o número real y = cotg x é uma função cotangente. A função cotangente é recíproca da função tangente, e é ímpar: 𝑐𝑜𝑡𝑔 −𝜃 = cos −𝜃 sen −𝜃 = cos 𝜃 −sen 𝜃 = −𝑐𝑜𝑡𝑔 𝜃 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COTANGENTE Quanto ao domínio e a imagem da função cotangente, temos que D( f ) = 𝑥 ∈ ℝ 𝑥 ≠ 𝑛𝜋, 𝑛 ∈ ℤ e que Im( f ) = ℝ. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COTANGENTE Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COTANGENTE Cada uma das funções estudadas até o momento são periódicas, o que implica em funções não injetoras. Assim, para estudarmos as funções trigonométricas inversas, devemos restringir o domínio da função original para um no qual ela seja injetora e, assim, encontrar a inversa da função em sua forma restrita. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS INVERSAS Restringindo o domínio de f (x) = sen x no intervalo − 𝜋 2 , 𝜋 2 , para que a função restrita seja injetora, podemos definir a inversa de seno como sendo 𝑦 = 𝑠𝑒𝑛−1𝑥. O domínio da função arco-seno e D( f ) = {𝑥 ∈ ℝ −1 ≤ 𝑥 ≤ 1} e a imagem é Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ − 𝜋 2 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 2 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SENO INVERSO (FUNÇÃO ARCO-SENO) Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Restringindo o domínio de f (x) = cos x no intervalo 0, 𝜋 , para que a função restrita seja injetora, podemos definir a inversa de cosseno como sendo 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠−1𝑥. O domínio da função arco-cosseno e D( f ) = {𝑥 ∈ ℝ −1 ≤ 𝑥 ≤ 1} e a imagem é Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ 0 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSENO INVERSO (FUNÇÃO ARCO-COSSENO) Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Restringindo o domínio de f (x) = tg x no intervalo − 𝜋 2 , 𝜋 2 , para que a função restrita seja injetora, podemos definir a inversa de tangente como sendo 𝑦 = 𝑡𝑔−1𝑥. O domínio da função arco-tangente e D( f ) = ℝ e a imagem é Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ − 𝜋 2 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 2 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO TANGENTE INVERSA (FUNÇÃO ARCO-TANGENTE) Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Restringindo o domínio de f (x) = sec x no intervalo 0, 𝜋 2 ∪ 𝜋 2 , 𝜋 , para que a função restrita seja injetora, podemos definir a inversa de secante como sendo 𝑦 = 𝑠𝑒𝑐−1𝑥. O domínio da função arco-secante é D( f ) = {𝑥 ∈ ℝ 𝑥 ≥ 1} e a imagem é Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ 0 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋, 𝑦 ≠ 𝜋 2 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO SECANTE INVERSA (FUNÇÃO ARCO-SECANTE) Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Restringindo o domínio de f (x) = cossec x no intervalo 0, 𝜋 2 ∪ 𝜋 2 , 𝜋 , para que a função restrita seja injetora, podemos definir a inversa de cossecante como sendo 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐−1𝑥. O domínio da função arco-cosseno e D( f ) = {𝑥 ∈ ℝ 𝑥 ≥ 1} e a imagem é Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ − 𝜋 2 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 2 , 𝑦 ≠ 0 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COSSECANTE INVERSA (FUNÇÃO ARCO-COSSECANTE) Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS Restringindo o domínio de f (x) = cotg x no intervalo 0, 𝜋 , para que a função restrita seja injetora, podemos definir a inversa de cotangente como sendo 𝑦 = 𝑐𝑜𝑡𝑔−1𝑥. O domínio da função arco-cotangente é D( f ) = ℝ e a imagem é Im( f ) = 𝑦 ∈ ℝ − 𝜋 2 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 2 . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÃO COTANGENTE INVERSA (FUNÇÃO ARCO- COTANGENTE) Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS As funções exponenciais 𝑒𝑥−𝑒−𝑥 2 e 𝑒𝑥+𝑒−𝑥 2 ocorrem frequentemente, na Matemática Aplicada. Essas expressões definem as funções seno hiperbólico de x e cosseno hiperbólico de x , respectivamente. Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS Função Seno Hiperbólico A função seno hiperbólico é definida por: 𝑠𝑒𝑛ℎ 𝑥 = 𝑒𝑥−𝑒−𝑥 2 O domínio da função é D( f ) = ℝ e a imagem é Im( f ) = ℝ . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS Função Cosseno Hiperbólico A função cosseno hiperbólico é definida por: 𝑐𝑜𝑠ℎ 𝑥 = 𝑒𝑥+𝑒−𝑥 2 O domínio da função é D( f ) = ℝ e a imagem é Im( f ) = 1,+∞ . Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS Função Inversa Seno Hiperbólico A função inversa do seno hiperbólico é definida por: 𝑦 = arg 𝑠𝑒𝑛ℎ 𝑥 ⟺ 𝑥 = 𝑠𝑒𝑛ℎ 𝑦 arg 𝑠𝑒𝑛ℎ 𝑥 = 𝑙𝑛 𝑥 + 𝑥2 + 1 , 𝑥 ∈ ℝ Função Inversa Cosseno Hiperbólico A função inversa do cosseno hiperbólico é definida por: 𝑦 = arg 𝑐𝑜𝑠ℎ 𝑥 ⟺ 𝑥 = 𝑐𝑜𝑠ℎ 𝑦 arg 𝑐𝑜𝑠ℎ 𝑥 = 𝑙𝑛 𝑥 + 𝑥2 − 1 , 𝑥 ≥ 1 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS INVERSAS Função Inversa Tangente Hiperbólica A função inversa da tangente hiperbólica é definida por: 𝑦 = arg 𝑡𝑔ℎ 𝑥 ⟺ 𝑥 = 𝑡𝑔ℎ 𝑦 arg 𝑡𝑔ℎ 𝑥 = 1 2 𝑙𝑛 1 + 𝑥 1 − 𝑥 , −1 < 𝑥 < 1 Função Inversa Secante Hiperbólica A função inversa da secante hiperbólico é definida por: 𝑦 = arg 𝑠𝑒𝑐ℎ 𝑥 ⟺ 𝑥 = 𝑠𝑒𝑐ℎ 𝑦 arg 𝑠𝑒𝑐ℎ 𝑥 = 𝑙𝑛 1 + 𝑥2 − 1 𝑥 , 0 < 𝑥 < 1 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS INVERSAS Função Inversa Cossecante Hiperbólica A função inversa da cossecante hiperbólica é definida por: 𝑦 = arg 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐ℎ 𝑥 ⟺ 𝑥 = 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐ℎ 𝑦 arg 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐ℎ 𝑥 = 𝑙𝑛 1 𝑥 + 1 + 𝑥2 𝑥 , 𝑥 ≠ 0 Função Inversa Cotangente Hiperbólica A função inversa da cotangente hiperbólica é definida por: 𝑦 = arg 𝑐𝑜𝑡𝑔ℎ 𝑥 ⟺ 𝑥 = 𝑐𝑜𝑡𝑔ℎ 𝑦 arg 𝑐𝑜𝑡𝑔ℎ 𝑥 = 1 2 𝑙𝑛 𝑥 + 1 𝑥 − 1 , 𝑥 > 1 Unidade 4 – FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS FUNÇÕES HIPERBÓLICAS INVERSAS
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