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EA D Trigonometria 5 1. ObjetivOs • Rever conceitos de seno, cosseno e tangente. • Estudar os conceitos de seno, cosseno e tangente no ciclo trigonométrico. 2. COnteúdOs • Relações que envolvem seno, cosseno e tangente. • Ciclo trigonométrico e comprimento de um arco. • Seno, cosseno e tangente no ciclo trigonométrico. • Algumas funções trigonométricas. 3. Orientações para O estudO da unidade Antes de iniciar o estudo desta unidade, é importante que você leia as orientações a seguir: © Matemática Básica I210 1) Dedique-se a compreender o conhecimento básico de alguns conceitos relacionados à trigonometria, pois é imprescindível para sua utilização como ferramenta faci- litadora no aprimoramento do aprendizado matemático. 2) Leia e analise com atenção os conteúdos e os exemplos disponíveis sobre trigonometria no ciclo trigonométrico, pois eles facilitam o entendimento dos conceitos e teo- rias relacionados. 3) Para auxiliá-lo no entendimento das funções trigonomé- tricas (tangente, seno e cosseno), você poderá acessar o link da Rede Internacional Virtual para a Educação (Ri- ved), disponível em: <http://rived.mec.gov.br/ativida- des/matematica/mundo_trigonometria/funcoes/tan- gente/tangente.html>. Acesso em: 4 abr. 2013. 4) Resolva as questões autoavaliativas disponibilizadas no final desta unidade, a fim de que você possa aferir seu desempenho. Ao encontrar dificuldades em resolvê-las, procure revisar os conteúdos estudados nesta unidade. 4. intrOduçÃO À unidade Nesta quinta unidade, veremos alguns conceitos básicos de trigonometria e o ciclo trigonométrico. Esses conceitos são fundamentais para um bom entendimen- to de outras definições matemáticas mais elaboradas que são utili- zadas no cotidiano. Fique atento, portanto, às revisões realizadas. 5. trigOnOmetria Estudaremos os conceitos de arcos e ângulos na circunferência, graus e radianos e como realizar conversões entre essas medidas. Ini- ciaremos nossos estudos pelos arcos e ângulos no ciclo trigonométrico. arcos e ângulos Arco é cada uma das partes em que uma circunferência pode ser dividida por dois ou mais de seus pontos. Se considerar- Claretiano - Centro Universitário 211© U5 – Trigonometria mos os pontos A e B da circunferência de centro O, temos: arco AB (vermelho) e arco BA (azul), conforme pode ser observado na Figura 1. Figura 1 Circunferência de centro O e arcos AB e BA. Considere a circunferência de centro O e raio r da Figura 2. Denomina-se ângulo a região do plano da circunferência limitada por dois segmentos de reta AO e BO com mesma origem O. Assim, os segmentos AO e BO são os lados do ângulo e o ponto O, o vérti- ce do ângulo BÔA ou AÔB. A unidade de medida de um arco pode ser determinada em medidas angulares (ângulo) e também em medidas lineares (com- primento). Na Figura 2 temos uma circunferência de raio igual a 2,25 cm. A medida angular do arco BA é 95o e a medida linear do arco BA, aproximadamente 3,73 cm. Figura 2 Circunferência de centro O e arco BA de 95o. © Matemática Básica I212 O comprimento do arco de 95° é obtido considerando-se que a medida linear de uma circunferência é 2C rπ= ⋅ ⋅ e que a medida angular, 360°. Assim, temos: 2 2 3,14 2,25 14,13 cmC r Cπ= ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ = Sabendo que o comprimento da circunferência de raio 2,25 cm é 14,13 cm, e que esse valor corresponde a uma medida angu- lar de 360°, é possível calcular o comprimento do arco de 95°. Por regra de três, obtemos: 360º .............. 14,13 cm 95º .............. cm 360º 95º 14 13 360º 1 342 35º 1 342 35 3 73 cm 360 x x , x . , . ,x , ⋅ = ⋅ ⇒ ⋅ = = = O comprimento do arco de 95° é, aproximadamente, 3,73 cm. graus e radianos A medida de um ângulo é, comumente, descrita em graus. Um grau é a medida equivalente a 1 360 (um trezentos e sessenta avos) da circunferência, o que significa que em uma circunferência (uma volta completa) cabem 360°. Na trigonometria, um ângulo também pode ser medido em radianos. Define-se um radiano como o arco cujo comprimento é igual ao raio da circunferência. Na Figura 3, o arco AB possui medida linear igual ao segmen- to AB', que é igual à medida do raio da circunferência de raio R e centro O. Desse modo, a medida do arco AB é igual a 1 radiano, e escrevemos: ( ) 1m AB rad= . Claretiano - Centro Universitário 213© U5 – Trigonometria Figura 3 Circunferência de centro O e raio R. Um arco que corresponde à circunferência, ou seja, 360°, mede, em radianos, 2 radπ . A medida de um arco em radianos pode ser determinada pela razão entre o comprimento do arco e o raio da circunferência. Sendo o comprimento do arco e r o raio da circunferência, pode- mos escrever r α = , na qual α é a medida do arco em radianos. Qual é a medida, em radianos e em graus, de um arco de 30 cm de comprimento, contido numa circunferência de raio 8 cm? Sendo r α = , temos: 30 3,75 8 radα = = . 360º 2 3,75 2 360 3,75 2 1 350 1 350 1 350 215º 2 3,14 6,28 --------- rad --------- rad π α π α π α α ⋅ = ⋅ ⇒ ⋅ = = = ≅ ⋅ De acordo com a definição de radiano, é possível determinar a medida de alguns ângulos, em radianos e em graus, conforme demonstrado no Quadro 1, a seguir. © Matemática Básica I214 Quadro 1 Medida de arcos em graus e radianos. Arco em graus 0º 30º 45º 60º 90º 180º 270º 360º Arco em radianos 0 6 π 4 π 3 π 2 π π 3 2 π 2π Para convertermos graus em radianos, devemos considerar que um arco de 180° mede radπ . Nesse caso, a conversão de unidades de medida pode ser obtida mediante a aplicação de uma regra de três simples. Para converter 30° em radianos, fazemos: 180º 30º 180º 30º 30º 30º 30º 180º180º 6 30º ------------ rad ------------ x x rad rad rad radx π π π π π ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = = Para converter 135° em radianos, fazemos: 180º 135º 180º 135º 135º 135º 345º 180º180º 4 45º ------------ rad ------------ x x rad rad rad radx π π π π π ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = = O ângulo de 135° corresponde, em radianos, a 3 4 radπ . Claretiano - Centro Universitário 215© U5 – Trigonometria Ciclo trigonométrico Denomina-se ciclo trigonométrico uma circunferência orien- tada de centro O, cujo raio vale 1 (uma) unidade de comprimento e na qual o sentido positivo é o anti-horário. Vamos associar a esse ciclo de centro O um sistema de coor- denadas cartesianas ortogonais (perpendiculares), fixando o pon- to A como origem dos arcos, conforme observado na Figura 4. Figura 4 Ciclo trigonométrico e seus quadrantes. Observe que o ciclo trigonométrico é dividido em quatro par- tes congruentes a 90°, as quais recebem o nome de quadrantes, que, por sua vez, são numerados de I a IV no sentido anti-horário (considerado positivo). No eixo das abscissas (x), temos os pontos A e C, e no eixo das ordenadas (y), os pontos B e D. Esses pontos não pertencem a nenhum quadrante e estão associados aos ângulos de 0°, 90°, 180°, 270° e 360° no sentido anti-horário (+), partindo do ponto A. Em radianos, temos 0 rad , 2 radπ , radπ , 3 2 radπ , 2 radπ respectivamente, ou seja, para a mesma sequência (par- tindo do ponto A, no sentido anti-horário). © Matemática Básica I216 seno, cosseno e tangente no ciclo trigonométrico Seno Dado um arco AP de medida a, definimos seno de ( )a sen a no ciclo trigonométrico como a medida da projeção do ponto P no eixo Oy do ciclo, ou seja, a medida do segmento OP', conforme pode ser observado na Figura 5. Figura 5 Ciclo trigonométrico – seno. Observe que no triângulo retângulo PÔP', retângulo em P', temos: ' ' ' 1 cateto oposto OP OPsen a OP hipotenusa OP = = = = Se considerarmos a medida do arco AP para os valores 6 a π= ou 30°, 4 a π= ou 45° e 3 a π= ou 60°, podemos constatar que: Claretiano - Centro Universitário 217© U5 – Trigonometria 130º 6 2 245º 4 2 360º 3 2 sen sen sen sen sen sen π π π = = = = = = O seno de um arcoa pode assumir valores positivos ou nega- tivos, dependendo do quadrante em que se encontra. Assim, se um ângulo estiver no primeiro e segundo quadrantes, o seno do arco assume valores positivos (segmento em azul indicado na Figura 6). Figura 6 0sen a > – I e II quadrantes. No entanto, se o arco a estiver no terceiro e quarto quadran- tes, o seno do arco assume valores negativos (segmento em azul indicado na Figura 7). © Matemática Básica I218 Figura 7 0sen a < – III e IV quadrantes. Cosseno Dado um arco AP de medida a, definimos cosseno de ( )a cos a no ciclo trigonométrico como a medida da projeção do ponto P no eixo Ox do ciclo, ou seja, a medida do segmento OP'' (destacado em verde na Figura 8). Figura 8 Ciclo trigonométrico – cosseno. Claretiano - Centro Universitário 219© U5 – Trigonometria Observe que no triângulo retângulo PÔP'', retângulo em P'', temos: " " '' 1 cateto adjacente OP OPcos a OP hipotenusa OP = = = = Se considerarmos a medida do arco AP para os valores 6 a π= ou 30°, 4 a π= ou 45° e 3 a π= ou 60°, constatamos que: 330º 6 2 245º 4 2 160º 3 2 cos cos cos cos cos cos π π π = = = = = = O cosseno de um arco a pode assumir valores positivos ou ne- gativos, dependendo do quadrante em que se encontra. Assim, se um ângulo estiver no primeiro e quarto quadrantes, o cosseno do arco assume valores positivos (segmento em azul indicado na Figura 9). Figura 9 0cos a > – I e IV quadrantes. © Matemática Básica I220 No entanto, se o arco a estiver no segundo e terceiro qua- drantes, o cosseno do arco assume valores negativos (segmento em azul indicado na Figura 10). Figura 10 0cos a > – II e III quadrantes. Tangente Dado um arco AP de medida a, definimos tangente de ( )a tg a no ciclo trigonométrico como a medida da projeção do arco AP na reta tangente TA pelo ponto A do ciclo trigonométrico, ou seja, a medida do segmento AP''', conforme indicado na Figura 11. Figura 11 Ciclo trigonométrico – tangente. Claretiano - Centro Universitário 221© U5 – Trigonometria Observe que no triângulo retângulo P'''ÔA, retângulo em A, temos: "' "' ''' 1 cateto aposto AP APtg a AP cateto adjacente OA = = = = Se considerarmos a medida do arco AP para os valores 6 a π= ou 30°, 4 a π= ou 45° e 3 a π= ou 60°, constatamos que: 330º 6 3 45º 1 4 60º 3 3 tg tg tg tg tg tg π π π = = = = = = A tangente de um arco a pode assumir valores positivos ou ne- gativos, dependendo do quadrante em que se encontra. Assim, se um ângulo estiver no primeiro e terceiro quadrantes, a tangente do arco assume valores positivos (segmento em marrom indicado na Figura 12). Figura 12 0tg a > – I e III quadrantes. © Matemática Básica I222 No entanto, se o arco a estiver no segundo e quarto qua- drantes, a tangente do arco assume valores negativos (segmento em marrom indicado na Figura 13). Figura 13 0tg a < – II e IV quadrantes. No Quadro 2, a seguir, são dados o seno, o cosseno e a tan- gente dos principais ângulos do ciclo trigonométrico. O conheci- mento desses ângulos é de fundamental importância. Quadro 2 Seno, cosseno e tangente dos ângulos notáveis. 0 30° 45° 60° 90° 180° 270° 360° seno 0 1 2 2 2 3 2 1 0 1− 0 Cosseno 1 3 2 2 2 1 2 0 1− 0 1 tangente 0 3 3 1 3 ∃/ 0 ∃/ 0 redução ao primeiro quadrante Na Figura 14, temos um ponto P no ciclo trigonométrico que determina o arco (ângulo) a. Os pontos P1, P2 e P3 pertencentes à circunferência são simétricos de P em relação ao eixo das ordena- Claretiano - Centro Universitário 223© U5 – Trigonometria das (y), em relação à origem O e em relação ao eixo das abscissas (x), respectivamente. Figura 14 Simetria dos arcos. Se P é o arco de medida a, temos: • P1 é imagem do arco a de medida ( )aπ − ou ( )180 a° − no segundo quadrante; • P2 é imagem do arco a de medida ( )aπ + ou (180º )a+ no terceiro quadrante; • P3 é imagem do arco a de medida (2 )aπ − ou (360º )a− no quarto quadrante. Para a redução do seno de um arco a ao primeiro e se- gundo quadrantes, fazemos uma simetria em relação ao eixo Oy. Assim, conclui-se que ( ) ( )sen a sen aπ − = ou, em graus, (180º ) ( )sen a sen a− = . Observe na Figura 15 que o ( )sen a possui a mesma medida do ( )sen aπ − (destacado em azul). Se considerarmos 60ºa = ou 3 π , em radianos, podemos afirmar que: © Matemática Básica I224 3(60º ) (180º 60º ) (120º ) 2 2 3 3 3 3 2 sen sen sen sen sen senπ π ππ = − = = = − = = Figura 15 Simetria dos arcos – 0sen x > . No entanto, no terceiro e quarto quadrantes o ( )sen aπ + pos- sui a mesma medida do (2 )sen aπ − , que são iguais a ( )sen a− , como pode ser observado na Figura 16. Para 60ºa = ou 3 π , em radianos, podemos afirmar que: 3(180º 60º ) (240º ) 60º 2 34 3 3 3 2 sen sen sen sen sen senπ π ππ + = = − = − + = = − = − Claretiano - Centro Universitário 225© U5 – Trigonometria Figura 16 Simetria dos arcos – ( ) 0sen x < . Resumindo, podemos afirmar: ( ) ( ) ( ) (2 ) ( ) (180º ) (180º ) (360º ) sen a sen a sen a sen a sen a sen a sen a sen a sen a sen a π π π = − + = − = − = − + = − = − Para a redução do cosseno de um arco a ao primeiro e quarto quadrantes, fazemos uma simetria em relação ao eixo Ox. Conclui-se que (2 – ) ( )cos a cos aπ = , ou ainda, em graus, (360º ) ( )cos a cos a− = , como mostrado na Figura 17, a seguir. © Matemática Básica I226 Figura 17 Simetria dos arcos – 0cos x > . Observe na Figura 17 que o ( )cos a possui a mesma medida do (2 – )cos aπ . Desse modo, se considerarmos 60ºa = ou 3 π , em radianos, podemos afirmar que: 1(60º ) (360º 60º ) (300º ) 2 5 12 3 3 3 2 cos cos cos cos cos cosπ π ππ = − = = = − = = No entanto, para o segundo e terceiro quadrantes, o ( )cos aπ − possui a mesma medida do ( )cos aπ + , que são iguais a ( )–cos a , como pode ser observado na Figura 18. Claretiano - Centro Universitário 227© U5 – Trigonometria Figura 18 Simetria dos arcos – cos 0x < . Para 60ºa = ou 3 π , em radianos, podemos afirmar que: 1(180º 60º ) (120º ) 60º 2 1(180º 60º ) (240º ) – 60º 2 2 1 3 3 3 2 4 1 3 3 3 2 cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos π π ππ π π ππ − = = − = − + = = = − − = = − = − + = = − = − Para a redução da tangente de um arco a ao primeiro e terceiro quadrantes, fazemos uma simetria em relação à origem dos eixos. Pode-se concluir que ( ) ( )tg a tg aπ + = , ou ainda, em graus, (180º ) ( )tg a tg a+ = , como pode ser observado na Figura 19, destacado na cor verde. © Matemática Básica I228 Figura 19 Simetria dos arcos – ( ) 0tg x > . Se considerarmos 60ºa = ou 3 π , em radianos, podemos afirmar que: 60º (180º 60º ) 240º ou 4 3 3 3 tg tg tg tg tg tgπ π ππ = + = = + = No entanto, para o segundo e quarto quadrantes, a ( )tg aπ − possui a mesma medida da (2 )tg aπ − , que são iguais a ( )tg a− , conforme indicado na Figura 20. Claretiano - Centro Universitário 229© U5 – Trigonometria Figura 20 Simetria dos arcos – 0tg < . Para 60ºa = ou 3 π , em radianos, podemos afirmar que: (180º 60º ) (120º ) 60º 3 (360º 60º ) (300º ) 60º 3 tg tg tg tg tg tg − = = − = − − = = − = − 2 3 3 3 3 52 3 3 3 3 tg tg tg tg tg tg π π ππ π π ππ − = = − = − − = = − = − Exemplo 1: Determine o valor numérico da expressão 30 150 cos 225 cos300 sen senM ° + °− °= ° . © Matemática Básica I230 Para resolver esse problema, precisamos reduzir todos os ângulos ao primeiro quadrante, verificar o sinal e realizar a soma ou subtração dos valores. Assim, temos: 130º 2 150º (180º) 150º (180º ) 1180º 150º 30º 150º 30º 2 225º (180º ) 225º 180 2180º 225º 45º 225º 45º 2 300º (360º ) 300º 360º 360º 300º 60º 3 sen sen sen x x x sen sen cos cos x x x x cos cos cos cos x x x cos = = − ⇒ = − ⇒ ⇒ = − = ⇒ = = = + ⇒ = + ⇒ ⇒ − = − ⇒ = ⇒ = − = − = − ⇒ = − ⇒ ⇒ = − = ⇒ 100º 60º 2 cos= = Substituindo os valores na expressão M, temos: 1 1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 22 2 21 1 2 1 2 2 2 2 M M + ++ − − + = = = ⋅ = + = + Exemplo 2: Determine o valor numérico da expressão Claretiano - Centro Universitário 231© U5 – Trigonometria 7 3 4 6 2 3 5 4 sen cos sen N tg π π π π + + = Para resolver esse problema, precisamos reduzir todos os ângulos ao primeiro quadrante, verificar o sinal e realizar a soma ou subtração dos valores. Assim, temos: ( ) ( ) ( ) ( ) 7 7 7 6 6 6 7 6 7 1 6 6 6 6 2 3 3 3 2 2 2 3 2 3 0 2 2 2 2 4 4 4 3 3 3 4 3 4 3 3 3 3 3 2 5 5 5 4 4 sen sen x x x x sen sen cos cos x x x x cos cos sen sen x x x x sen sen tg tg x x x π π ππ π π π π π π π π π ππ π π π π π π π π π ππ π π π π π π π π ππ π = + ⇒ = + ⇒ = − ⇒ − ⇒ = = ⇒ = − = − = + ⇒ = + ⇒ = − ⇒ − ⇒ = = ⇒ = = = + ⇒ = + ⇒ = − ⇒ − ⇒ = = ⇒ = − = − = + ⇒ = + ⇒ = 4 5 4 5 1 4 4 4 4 x tg tg π π π π π π π − ⇒ − ⇒ = = ⇒ = = Portanto, substituindo os valores na expressão N, temos: © Matemática Básica I232 1 3 1 0 30 2 2 1 32 1 2 2 1 3 2 N N − + −− + + − − − = = = − − = relação fundamental da trigonometria Ao estudarmos as relações trigonométricas no triângulo retângulo, vimos que, para um ângulo agudo de medida a, temos 2 2 1sen a cos a+ = . Essa relação vale para qualquer a R∈ . Assim, é possível calcular o valor do seno de um ângulo conhecendo-se o valor do cosseno desse ângulo. Exemplo 1: Se a é um ângulo do segundo quadrante e 0,8sen a = , qual é o valor do cos a ? Para resolver essa questão, utilizamos a relação fundamental: 2 2 2 2 2 2 2 1 (0,8) 1 0,64 1 1 – 0,64 0,36 0,36 0,6 sen a cos a cos a cos a cos a cos a cos a = cos a + = ⇒ + = ⇒ ⇒ + = ⇒ = ⇒ ⇒ = ⇒ ± ⇒ ⇒ = ± Como a é um ângulo do segundo quadrante e o cosseno no segundo quadrante é negativo, temos 0,6cos a = − . Exemplo 2: Calcule sen x, sabendo que 3cos 3 x = − . Para resolver essa questão, utilizamos a relação fundamental: Claretiano - Centro Universitário 233© U5 – Trigonometria 2 2 2 2 2 2 2 2 31 1 3 3 31 1 9 9 9 3 6 6 9 9 9 6 3 sen x cos x sen x sen x sen x sen x sen x sen x sen x + = ⇒ + − = ⇒ ⇒ + = ⇒ = − ⇒ − ⇒ = ⇒ = ⇒ = ± ⇒ ⇒ = ± Como cosseno de x é negativo e, portanto, pode pertencer tanto ao segundo quanto ao terceiro quadrante, o seno x pode assumir tanto valor positivo (segundo quadrante) quanto valor ne- gativo (terceiro quadrante) e, desse modo, 6 3 sen x = ± . equações trigonométricas Toda e qualquer igualdade trigonométrica em que a variável aparece nas medidas dos arcos ou dos ângulos são classificadas como equações trigonométricas. Equação na forma sen x a= Vimos, no ciclo trigonométrico de raio unitário, que o seno de um arco a pode assumir valores no intervalo [-1, 1], ou seja, [ 1, 1]a∈ − . É possível determinar o valor de a, tal que sen x a sen x sen a= ⇒ = . Nesse caso, x e a apresentam o mesmo seno se a imagem desses arcos e ângulos forem coincidentes ou simétricos no ciclo trigonométrico em relação ao eixo das ordena- das (y), como pode ser observado na Figura 21. © Matemática Básica I234 Figura 21 Simetria dos arcos – sen a sen x= . Para 0 2a π≤ ≤ , temos: ou x a sen x sen a x aπ = = ⇔ = − Exemplo 1: Sendo 0 2x π≤ ≤ , determine o valor de x para a equação 2 2 sen x = − . Para resolvermos a equação, primeiro é necessário reduzi-la ao primeiro quadrante. Assim, no primeiro quadrante o seno de x é positivo, e temos: 2 45º 2 4 sen x x radπ= ⇒ = = . Conforme a Figura 22, a seguir, o seno assume valores nega- tivos no terceiro ( )xπ + e quarto quadrantes (2 )xπ − , ou seja: • 4 5 4 4 4 x π π π ππ π ++ = + = = (terceiro quadrante) • 8 72 2 4 4 4 x π π π ππ π −− = − = = (quarto quadrante) Claretiano - Centro Universitário 235© U5 – Trigonometria Figura 22 sen x. Os valores de x para 2 2 sen x = − são 5 225º 4 π = e 7 315º 4 π = . Exemplo 2: Sendo 0 2x π≤ ≤ , determine o valor de x para a equação 3 2 sen x = − . Para resolvermos a equação, primeiro precisamos reduzi-la ao primeiro quadrante. No primeiro quadrante, o seno de x é posi- tivo, e temos: 3 60º 2 3 sen x x radπ= ⇒ = = . O seno assume valores negativos no terceiro ( )xπ + e quar- to quadrantes (2 )xπ − , ou seja: • 3 4 3 3 3 x π π π ππ π ++ = + = = (terceiro quadrante) • 6 52 2 3 3 3 x π π π ππ π −− = − = = (quarto quadrante) Os valores de x para 3 2 sen x = − são 4 240º 3 π = e 5 300º 3 π = . Equação na forma cos x a= Vimos, no ciclo trigonométrico de raio unitário, que o cosseno de um arco pode assumir valores no intervalo [-1, 1], © Matemática Básica I236 ou seja, [ 1, 1]a ∈ − . Podemos determinar o valor de a, tal que cos x a cos x cos a= ⇒ = . Nesse caso, x e a apresentam o mes- mo cosseno se a imagem desses arcos e ângulos forem coinciden- tes ou simétricos no ciclo trigonométrico em relação ao eixo das abscissas (x), como pode ser observado na Figura 23. Figura 23 Simetria dos arcos – cos a cos x= . Para 0 2a π≤ ≤ , temos: ou 2 x a cos x cos a x aπ = = ⇔ = − Exemplo 1: Sendo 0 2x π≤ ≤ , determine o valor de 1 2 cos x = − . Para resolvermos a equação, primeiro precisamos reduzi-la ao primeiro quadrante. Assim, no primeiro quadrante o cosseno de x é positivo e temos: 1 60º 2 3 cos x x radπ= − ⇒ = = . Conforme a Figura 24, o cosseno assume valores negativos no segundo ( )xπ − e terceiro quadrantes ( )xπ + , ou seja: • 3 2 120º 3 3 3 x π π π ππ π −− = − = = = (segundo quadrante) Claretiano - Centro Universitário 237© U5 – Trigonometria • 3 4 240º 3 3 3 x π π π ππ π ++ = + = = = (terceiro quadrante) Figura 24 cos x . Os valores de x para 1 2 cos x = − são 2 120º 3 π = e 4 240º 3 π = . Exemplo 2: Determine o menor valor positivo de x, para a expressão 19 3 co x− = . Para resolvermos esse problema, precisamos utilizar os con- ceitos de exponenciação e potenciação estudados anteriormente e também o conceito de cosseno de um ângulo. Assim, temos: ( )1 2 1 2 1 19 9 3 3 3 13 3 2 1 2 co xcos x cos x co x cos x cos x −− − − − − − = ⇒ = ⇒ = ⇒ ⇒ = ⇒ − = − ⇒ = Os valores de x para o 1cos 2 x = correspondem aos arcos de 60º 3 π = e 2 120º 3 π = . © Matemática Básica I238 Equação na forma tg x a= Vimos, no ciclo trigonométrico de raio unitário, que a tangente de um arco a pode assumir valores para qualquer valor de a, tal que a R∈ . Temos tg x a tg x tg a= ⇒ = . Nesse caso, x e a apresentam a mesma tangente se as imagens desses arcos e ângulos forem coincidentes ou simétricos no ciclo trigonométrico em relação à origem, ou seja, diametralmente opostas, como pode ser observado na Figura 25. Figura 25 Simetria dos arcos – tg a tg x= . Para 0 2a π≤ ≤ , temos: ou x a tg x tg a x aπ = = ⇔ = + Exemplo 1: Sendo 0 2x π≤ ≤ , determine o valor de 3 3 tg x = − . Para resolvermos a equação, primeiro precisamos reduzi-la ao primeiro quadrante. Assim, no primeiro quadrante a tangente do ângulo x é positiva e temos: 3 30º 3 6 tg x x radπ= ⇒ = = Claretiano - Centro Universitário 239© U5 – Trigonometria Conforme a Figura 26, a tangente assume valores negativos no segundo ( )xπ − e quarto quadrantes (2 )xπ − , ou seja: • 6 5 150º 6 6 6 x π π π ππ π −− = − = = = (segundo quadrante) • 12 112 2 330º 6 6 6 x π π π ππ π −− = − = = = (quarto quadrante) Figura 26 tg x . Os valores de x para 3 3 tg x = − são 5 150º 6 π = e 11 330º 6 π = . Exemplo 2: Resolva a expressão 2 2 1 0tg x tg x− + = no intervalo 0 2x π≤ ≤ . Pararesolver essa equação, é preciso lembrar que se trata de uma equação de 2º grau e, portanto, podemos escrevê-la na forma 2 2( 1) 2 1tg x tg x tg x− = − + . Assim, temos: 2( 1) ( 1) ( 1) 0 1 0 1 545º e 225º 4 4 tg x tg x tg x tg x tg x x xπ π − = − ⋅ − = ⇒ ⇒ − = ⇒ = = = = = © Matemática Básica I240 Funções trigonométricas Vimos que, para um número real x, é possível determinar um ponto P do ciclo trigonométrico, que está associado a um valor de cosseno e a um valor de seno (veja a Figura 27). Figura 27 Ponto P do ciclo trigonométrico. A partir dessa observação, é possível estudarmos o que ocorre com o seno, o cosseno e a tangente de um arco ou ângulo qualquer para cada ponto P do ciclo trigonométrico. Função seno, cosseno e tangente Vimos na Unidade 3 que uma relação de um conjunto A em um conjunto B, ambos pertencentes ao conjunto dos números re- ais, é uma função f se, e somente se, cada elemento de A está associado a um único elemento de B. Neste tópico, iremos estudar algumas funções trigonométricas. Função seno A função seno associa a cada ponto P do ciclo trigonométrico um número real x, definido por ( ) y f x sen x= = . Para todo x real, associamos um valor para sen x . Claretiano - Centro Universitário 241© U5 – Trigonometria Domínio O domínio da função ( ) f x sen x= é o conjunto dos números reais para n voltas ou posições do ponto P no ciclo trigonométrico, e dado por ( )Df x R= . Imagem No ciclo trigonométrico, quando o 1sen x = , x assume o valor 90º 2 π = , e 3 270º 2 π = quando 1sen x = − (conforme mostrado na Figura 28). Figura 28 Imagem da função ( ) f x sen x= . Podemos afirmar que a imagem da função ( ) f x sen x= é definida pelo intervalo entre os números 1 e –1, obtida por Im ( ) [ 1,1]f x = − . Gráfico O gráfico da função ( ) f x sen x= é uma senoide obtida quando atribuímos valores para x e determinamos os respecti- vos valores para ( ) f x sen x= . Para construir o gráfico da função ( ) f x sen x= , iremos montar o Quadro 3 para os arcos notáveis: © Matemática Básica I242 Quadro 3 Seno de um ângulo. x 0 6 π 4 π 3 π 2 π π 3 2 π 2π 0 sen x 0 1 2 2 2 3 2 1 0 1− 0 0 Após determinarmos os valores do seno dos arcos notáveis, localizamos no plano cartesiano os pares ordenados ( , )x sen x , obtendo a senoide (veja a Figura 29). Fonte: Rived (2013). Figura 29 Gráfico da função y sen x= . O gráfico obtido para o intervalo do domínio de [0, 2 ]π é uma senoide com imagem de intervalo [ 1,1]− . Período O período de uma função ( ) y f x sen x= = é 2π , pois para cada volta realizada no ciclo trigonométrico a senoide é repetida, como pode ser observado no gráfico para o intervalo [0, 4 ]π ou duas voltas da Figura 30 a seguir. Claretiano - Centro Universitário 243© U5 – Trigonometria Figura 30 Gráfico da função ( ) f x sen x= . Exemplo 1: Determine os valores reais que m pode assumir para que exista um número real x que satisfaça a igualdade 2 2sen x m= − . Para resolver esse problema, devemos lembrar que 1 1 1 2 2 1sen x m− ≤ ≤ ⇒ − ≤ − ≤ . Resolvendo a dupla desigual- dade, temos: 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 1 2 3 1 31 2 3 2 2 2 2 2 m m mm m − ≤ − ≤ ⇒ − + ≤ − + ≤ + ⇒ ⇒ ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ Os valores reais de m que satisfazem a equação 2 2sen x m= − são dados pelo conjunto 1 3/ 2 2 m R m ∈ ≤ ≤ . Exemplo 2: Determine os valores reais que m pode assumir para que exista um número real x que satisfaça a igualdade 3 4sen x m= − . Para resolver esse problema, devemos lembrar que 1 1 1 3 4 1sen x m− ≤ ≤ ⇒ − ≤ − ≤ . Resolvendo a dupla desigual- dade, temos: © Matemática Básica I244 1 3 4 1 1 4 3 4 4 1 4 3 3 5 53 3 5 1 3 3 3 3 m m mm m − ≤ − ≤ ⇒ − + ≤ − + ≤ + ⇒ ⇒ ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ Os valores reais de m que satisfazem a equação 3 4sen x m= − são dados pelo conjunto 5/ 1 3 m R m ∈ ≤ ≤ . Função cosseno A função cosseno associa a cada ponto P do ciclo trigonométrico um número real x, definido por ( )y f x cos x= = . Para todo x real, associamos um valor para cos x . Domínio O domínio da função ( )y f x cos x= = é o conjunto dos nú- meros reais para n voltas ou posições do ponto P no ciclo trigono- métrico, dado por ( )Df x R= . Imagem No ciclo trigonométrico, quando o 1cos x = , x assume o va- lor 0 0ºrad = , e 180ºπ = quando –1cos x = , conforme observa- do na Figura 31. Figura 31 Imagem da função ( )f x cos x= . Claretiano - Centro Universitário 245© U5 – Trigonometria Podemos afirmar que a imagem da função ( )f x cos x= é definida pelo intervalo entre os números 1 e –1; temos, assim: Im ( ) [ 1,1]f x = − . Gráfico O gráfico da função ( )f x cos x= é uma cossenoide obtida quando atribuímos valores para x e determinamos os respectivos valores para ( )y f x cos x= = . Para construir o gráfico da função ( )f x cos x= , iremos montar um quadro para os arcos notáveis (veja o Quadro 4). Quadro 4 Cosseno de um ângulo. x 0 6 π 4 π 3 π 2 π π 3 2 π 2π 0 cos x 1 3 2 2 2 1 2 0 1− 0 1 1 Após determinarmos os valores do cosseno dos arcos no- táveis, localizamos no plano cartesiano os pares ordenados ( , )x cos x , obtendo a cossenoide, conforme mostrado na Figura 32, a seguir. Figura 32 Gráfico da função y cos x= . © Matemática Básica I246 O gráfico obtido para o intervalo do domínio de [0, 2 ]π é uma cossenoide com imagem de intervalo [ 1,1]− . Período O período de uma função ( )y f x cos x= = é 2π , pois para cada volta realizada no ciclo trigonométrico a cossenoide é repeti- da, como pode ser observado no gráfico para o intervalo [0, 4 ]π , ou duas voltas (veja Figura 33). Figura 33 Gráfico da função ( )f x cos x= . Exemplo 1: Determine o valor de x para a função ( ) 315ºf x cos= . Para resolver esse problema, precisamos reduzir o ângu- lo de 315° ao primeiro quadrante. Nesse caso, sabemos que o ângulo se encontra no quarto quadrante e é positivo. Temos: 315º (360º ) 360º 315 45ºx x= − ⇒ = − = . Assim, 2( ) 315º 45º 2 f x cos cos= = = . Claretiano - Centro Universitário 247© U5 – Trigonometria Exemplo 2: Determine os valores reais que m pode assumir para que exista um número real x que satisfaça a igualdade 2 5cos x m= + . Para resolver esse problema, devemos lembrar que 1 1 1 2 5 1sen x m− ≤ ≤ ⇒ − ≤ + ≤ . Resolvendo a dupla desigual- dade, temos: 1 2 5 1 1 5 2 5 5 1 5 6 2 46 2 4 3 2 2 2 2 m m mm m − ≤ + ≤ ⇒ − − ≤ + − ≤ − ⇒ ⇒ − ≤ ≤ − ⇒ − ≤ ≤ − ⇒ − ≤ ≤ − Os valores reais de m para a equação 2 5cos x m= + são dados pelo conjunto { }/ 3 2m R m∈ − ≤ ≤ − . Função tangente A razão entre o seno e o cosseno de um número real x é a tangente desse número real. Assim, cos sen xtg x x = com 0cos x ≠ . A função tangente fica definida para ( ) f x tg x= , de modo que : / , 2 f x R x k k Rπ π ∈ ≠ + ∈ . Domínio O domínio da função ( ) f x tg x= é o conjunto dos números reais para n voltas ou posições do ponto P no ciclo trigonométrico, identificado por: ( ) / , 2 Df x x R x k k Rπ π = ∈ ≠ + ∈ . Imagem No ciclo trigonométrico, a tangente de um número real pode assumir qualquer valor real. Desse modo, a imagem da função tan- gente é definida por Im ( ) ] , [f x = −∞ ∞ . © Matemática Básica I248 Gráfico O gráfico da função ( )f x tg x= é obtido quando atribuí- mos valores para x e determinamos os respectivos valores para ( ) f x tg x= . Para construir o gráfico da função ( )f x tg x= , mon- taremos um quadro para os arcos notáveis (veja Quadro 5): Quadro 5 Tangente de um ângulo. x 0 6 π 4 π 3 π 2 π π 3 2 π 2π 0 tg x 0 3 3 1 3 ∃/ 0 ∃/ 0 0 Após determinarmos os valores da tangente dos arcos notáveis, localizamos no plano cartesiano os pares ordenados ( , )x tg x , obtendo o gráfico dessa função, conformedemonstrado na Figura 34, a seguir. Figura 34 Gráfico da função y tg x= . Observe o gráfico obtido na Figura 34 para o intervalo do domínio de [0, 2 ]π , ou seja, uma volta completa no ciclo trigono- métrico, e imagem de intervalo ] , [−∞ ∞ . Claretiano - Centro Universitário 249© U5 – Trigonometria Período O período de uma função ( ) y f x tg x= = é π , pois para cada meia-volta realizada no ciclo trigonométrico o gráfico se repete, como pode ser observado na Figura 35 para o intervalo [0, 4 ]π ou duas voltas completas no ciclo trigonométrico. Figura 35 Gráfico da função ( ) f x tg x= . Exemplo 1: Determine o domínio, a imagem e o período da função ( ) 3f x tg x= . Para resolvermos esse problema, devemos fazer 3x t= . Existe tangente de t se, e somente se, 2 t kπ π≠ + . Assim, temos: ( ) 123 2 3 2 3 6 3 k x k x x k x k k Z π ππ ππ π π π + ≠ + ⇒ ≠ ⇒ ≠ + ⋅ ⇒ ⇒ ≠ + ∈ O domínio da função ( ) 3f x tg x= é dado por: © Matemática Básica I250 ( )( ) / 6 3 D f x R x k k Zπ π = ∈ ≠ + ∈ A imagem da função ( ) 3f x tg x= é Im( )f R= e o período da função, 3 p π= . Exemplo 2: Determine o domínio da função ( ) 3 f x tg x π = − . Para resolvermos esse problema, devemos fazer 3 x tπ − = . Existe tangente de t se, e somente se, 2 t kπ π≠ + . Assim, temos: ( ) 3 2 2 3 3 2 6 5 6 6 x k x k kx x k k Z π π π ππ π π π π π π − ≠ + ⇒ ≠ + + ⇒ + + ⇒ ≠ ⇒ ≠ + ∈ O domínio da função ( ) 3 f x tg x π = − é dado por: ( )5( ) / 6 D f x R x k k Zπ π = ∈ ≠ + ∈ Sabemos que os conteúdos aqui estudados não foram es- gotados em sua plenitude. Sugerimos uma leitura detalhada dos livros indicados no Tópico 9 para maior aprofundamento e apren- dizado. 6. Questões autOavaLiativas Confira, a seguir, as questões propostas para verificar o seu desempenho no estudo desta unidade: Claretiano - Centro Universitário 251© U5 – Trigonometria 1) Qual é a medida, em radianos e em graus, de um arco de 45 cm contido numa circunferência de raio 5 cm? 2) Converta em radianos 48°. 3) Determine o valor do cos x , sabendo que 1 2 sen x = . 4) Sendo 0 2x π≤ ≤ , determine o valor de x para a equação 3 2 cos x = − . 5) Determine os valores reais que m pode assumir para que exista um número real x que satisfaça a igualdade 1cos x m= − . 6) Determine o domínio da função ( ) 4 f x tg x π = + . gabarito Confira, a seguir, as respostas para as questões autoavaliati- vas propostas: 1) 9 radianos e aproximadamente 516o. 2) 448º 15 rad π = 3) 3 2 cos x = 4) 5 7e 6 6 V π π = 5) 0 2m≤ ≤ 6) ( ){ }( ) / 4D f x R x k k Zπ π= ∈ ≠ + ∈ 7. COnsiderações Nesta unidade, estudamos o conceito de seno, cosseno e tangente no ciclo trigonométrico. Vimos também algumas funções trigonométricas, seu domínio, imagem, período e gráfico. Explora- mos também esses conceitos por meio da consulta à Rede Interna- cional Virtual da Educação (Rived). © Matemática Básica I252 Não pretendemos esgotar aqui os conteúdos estudados, de for- ma que a leitura da bibliografia indicada pode revelar outras aplicações interessantes desses conceitos e propriedades vistos nesta unidade. Na Unidade 6, estudaremos o conjunto dos números com- plexos, sua forma algébrica, a representação geométrica e suas operações, como também o módulo e a forma trigonométrica de um número complexo. 8. E-REFERÊNCIAS Lista de Figuras Figura 29 Gráfico da função y sen x= . Disponível em: <http://rived.mec.gov.br/ atividades/matematica/mundo_trigonometria/funcoes/seno/tela_02.html>. Acesso em: 4 abr. 2013. Figura 32 Gráfico da função y cos x= . Disponível em: <http://rived.mec.gov.br/ atividades/matematica/mundo_trigonometria/funcoes/cosseno/tela_02.html>. Acesso em: 4 abr. 2013. Figura 34 Gráfico da função y tg x= . Disponível em: <http://rived.mec.gov.br/ atividades/matematica/mundo_trigonometria/funcoes/tangente/tela_02.html>. Acesso em: 10 jul. 2012. Sites pesquisados RIVED. Funções Trigonométricas: conceitos fundamentais. A função tangente. Disponível em: <http://rived.mec.gov.br/atividades/matematica/mundo_trigonometria/funcoes/tangente/ tangente.html>. Acesso em: 4 abr. 2013. ______. Funções Trigonométricas: conceitos fundamentais. Apresentando a definição da função cosseno no círculo trigonométrico. Disponível em: <http://rived.mec.gov.br/ atividades/matematica/mundo_trigonometria/funcoes/cosseno/tela_01.html>. Acesso em: 4 abr. 2013. ______. Funções Trigonométricas: conceitos fundamentais. Apresentando a definição da função seno no círculo trigonométrico. Disponível em: <http://rived.mec.gov.br/atividades/ matematica/mundo_trigonometria/funcoes/seno/tela_01.html>. Acesso em: 4 abr. 2013. 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANTUNES, F. C. Matemática por assunto: trigonometria. São Paulo: Scipione, 1988. v. 3. BIANCHINI, E. Matemática 2º grau: versão beta trigonometria. 2. ed. São Paulo: Moderna, 1997. v. 1. Claretiano - Centro Universitário 253© U5 – Trigonometria DANTE, L. R. Matemática: contexto & aplicações. 2. ed. São Paulo: Ática, 2007. DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Addison Wesley, 2009. GUELLI, C. A. et al. Trigonometria. São Paulo: Moderna, 1997. IEZZI, G. Fundamentos de matemática elementar 3: trigonometria. 9. ed. São Paulo: Atual, 2004. MACEDO, L. R. D. Tópicos de Matemática aplicada. Curitiba: Ibpex, 2006. MACHADO, A. S. Matemática temas e metas: trigonometria e progressões. São Paulo: Atual, 1986. v. 2. Claretiano - Centro Universitário