⚫️Math || #мемы

Ранее мы с вами разбирали тему тригонометрии, но не затронули некоторые законы и тождества; Если вы ещё не знаете, что такое синус и косинус, советую посмотреть посты, начиная с этого.

1⃣ Основное тригонометрическое тождество
Теорема пифагора: a² + b² = c²
Поделим обе части на c²:

(a² + b²)/c² = c²/c²
a²/c² + b²/c² = 1
(a/c)² + (b/c)² = 1²
sin² x + cos² x = 1

2⃣ Тангентс
Заметим, что тангенс выражается через синус и косинус:

tg x = b / a
tg x = (b/c) / (a/c) = sin(x) / cos(x)
ctg = tg⁻¹ = (sin(x) / cos(x))⁻¹ = cos(x) / sin(x)

3⃣ Вернёмся к основному тождеству, и поделим на sin²:

sin² x + cos² x = 1;
1 + cos²(x) / sin²(x) = 1 / sin²(x)
1 + ctg² x = 1 / sin²(x)

Если поделить на cos²(x):

sin² x + cos² x = 1;
tg² x + 1 = 1 / cos²(x)

Попробуйте вывести по этим формулам, чему равен tg(x) и ctg(x)

⚫️Math || #мемы

🟡 Тригонометрическая окружность

Ранее, чтобы дать определения синуса, косинуса и других тригонометрических функций, мы рассматривали прямоугольный треугольник. Но что делать с sin(120°)? Прямоугольный треугольник с углом 120° не существует. Для таких целей была придумана тригонометрическая окружность.

Рассмотрим окружность в декартовой системе координат с радиусом 1 и центром в точке (0, 0). Проведём отрезок от центра до любой точки на этой окружности. Тогда между отрезком и лучом (от центра координат в направлении оси Ox в положительную сторону) образуется угол, назовём его α. Теперь опустим перпендикуляр из этой точки на ось Ox, этот перпендикуляр назовём y. Затем проведём отрезок из точки пересечения отрезка y с осью Ox в центр окружности. Этот перпендикуляр назовём x. Получается прямоугольный треугольник с катетами x и y, а гипотенуза — это радиус окружности, и он у нас равен 1.

Таким образом:

💬 sin(α) = y/1 = y
💬 cos(α) = x/1 = x
💬 tg(α) = y/x

Также стоит помнить, что когда отрезок, соединяющий точку с центром окружности, лежит:

🔵 в 1-й четверти, то y > 0, x > 0. Отрезок лежит в первой четверти только тогда α > 0° и < 90°
🔵 во 2-й четверти, то y > 0, x < 0, когда α > 90° и < 180°.
🔵в 3-й четверти, тогда x < 0, y < 0, когда α > 180° и < 270°
🔵в 4-й четверти x > 0, y < 0, и α > 270° и < 360°.

Если α > 360°, то мы из угла вычитаем 360° от α, пока угол не будет < 360; Мы это делаем, так как 360° это целый круг, а значит каждые 360°, угол между отрезком и лучом(от центра координат в направлении оси Ox в положительную сторону будет «сбрасываться»

⚫️Math || #мемы

📸 Проекция тригонометрических функций на тригонометрической окружности

Давайте разберём, как проецировать тригонометрические функции на тригонометрической окружности. Для удобства введём обозначения:
- Центр окружности обозначим как O.
- Точка на окружности — A.
- Перпендикуляр, проведённый из точки A к оси OX, пересекает её в точке X.
- Перпендикуляр из точки A к оси OY пересекает её в точке Y.

🙂Основные зависимости

1. На окружности радиусом 1 отрезок OA образует угол α с положительным направлением оси OX.
2. Синус угла: sin(α) = OY или AX.
3. Косинус угла: cos(α) = OX или AY.

Теперь разберём, как вычисляется тангенс:
- Проведём касательную к окружности в точке B, перпендикулярную оси OX.
- Продлим радиус OA, чтобы он пересёк касательную в точке C.
- Длина отрезка CB равна tan(α). Докажем это.

🙂Доказательство

Рассмотрим треугольники OAX и OCB:
1. Углы ∠AXO и ∠CBO равны 90°.
2. Углы ∠XOA и ∠BOC равны α.
3. Треугольники OAX и OCB подобны.

Из подобия треугольников следует:

OB / OX = CB / AX

Подставим значения:

OX = cos(α),
AX = sin(α),
OB = 1 (радиус окружности).

Подставляем в пропорцию:

1 / cos(α) = CB / sin(α)
Выразим CB:
CB = sin(α) / cos(α)

Получаем:

CB = tan(α)

ЧТД.

🟦Вывод

Тригонометрические функции, такие как синус, косинус и тангенс, могут быть представлены с помощью проекций и построений на тригонометрической окружности. Синус и косинус являются длинами проекций радиуса окружности на оси координат, а тангенс — это длина отрезка касательной, пересекающей продолжение радиуса. Такое представление упрощает понимание их геометрической интерпретации и взаимосвязей.

⚫️Math || #мемы

👻 Таблица приведения #1

Начнём с основ: что такое таблица приведения и как она работает?

Пример: найдём sin(150°). Представим 150 как сумму 90° и 60°:

sin(150°) = sin(90° + 60°)

По формуле приведения sin(90° + α) = cos(α), получаем:

sin(150°) = cos(60°) = 0.5

Но откуда взялась эта формула? Разберёмся в этом посте.

1⃣sin(90° - α) и cos(90° - α)

Представим прямоугольный треугольник ABC, где угол A = α.
AB — прилежащий катет, BC — противолежащий катет, AC — гипотенуза.

sin(α) = BC / AC,
cos(α) = AB / AC.
Угол ACB равен 90° - α. Тогда:

sin(90° - α) = AB / AC = cos(α),
cos(90° - α) = BC / AC = sin(α).

ЧТД.

2⃣sin(-α) и cos(-α).

Представим тригонометрическую окружность.
Отрезок OA — исходный, а OB лежит под углом -α. Это можно представить, как зеркальное отражение OA относительно оси Ox.

При этом:
- Проекция на ось Ox не изменится: cos(-α) = cos(α).
- Проекция на ось Oy сменит знак: sin(-α) = -sin(α).

3⃣sin(90° + α) и cos(90° + α).

Используем уже выведенные формулы:
Разобьём α как -(-α). Тогда:

sin(90° + α) = sin(90° - (-α)) = cos(-α) = cos(α)

Аналогично:

cos(90° + α) = cos(90° - (-α)) = sin(-α) = -sin(α)

❔Вывод

Мы вывели базовые формулы приведения:

- sin(90° - α) = cos(α)
- cos(90° - α) = sin(α)
- sin(-α) = -sin(α)
- cos(-α) = cos(α)
- sin(90° + α) = cos(α)
- cos(90° + α) = -sin(α).

Остальные формулы приведения разберём в следующем посте.

⚫️Math || #цитаты

👻 Таблица приведений #2

В прошлый раз мы вывели основные формулы приведения. Теперь с их помощью выведем остальные.

Также стоит помнить, что прибавление или вычитание 360° от угла α не изменит положение точки на тригонометрической окружности, а значит, все тригонометрические функции сохранят свои значения:

sin(α ± n * 360°) = sin(α)
cos(α ± n * 360°) = cos(α)

1⃣sin(180° - α), cos(180° - α)

sin(180° - α) = sin(90° + (90° - α)) = cos(90° - α) = sin(α).
cos(180° - α) = cos(90° + (90° - α)) = -sin(90° - α) = -cos(α).

2⃣sin(180° + α), cos(180° + α)

sin(180° + α) = sin(90° + (90° + α)) = cos(90° + α) = -sin(α).
cos(180° + α) = cos(90° + (90° + α)) = -sin(90° + α) = -cos(α).

3⃣sin(270° - α), cos(270° - α)

sin(270° - α) = sin(90° + (180° - α)) = cos(180° - α) = -cos(α).
cos(270° - α) = cos(90° + (180° - α)) = -sin(180° - α) = -sin(α).

4⃣sin(270° + α), cos(270° + α)

sin(270° + α) = sin(90° + (180° + α)) = cos(180° + α) = -cos(α).
cos(270° + α) = cos(90° + (180° + α)) = -sin(180° + α) = sin(α).

5⃣sin(360° - α), cos(360° - α)

sin(360° - α) = sin(180° + (180° - α)) = -sin(180° - α) = -sin(α).
cos(360° - α) = cos(180° + (180° - α)) = -cos(180° - α) = cos(α).

❔Вывод:
Мы вывели оставшиеся формулы приведения:

- sin(180° - α) = sin(α), cos(180° - α) = -cos(α)
- sin(180° + α) = -sin(α), cos(180° + α) = -cos(α)
- sin(270° - α) = -cos(α), cos(270° - α) = -sin(α)
- sin(270° + α) = -cos(α), cos(270° + α) = sin(α)
- sin(360° - α) = -sin(α), cos(360° - α) = cos(α).

⚫️Math || #простым_языком

⚫️Math || #мемы

👻 Таблица приведений #3

Мы вывели все формулы приведения для синуса и косинуса, но у нас есть ещё тангенс и котангенс. Для их вывода используем соотношения tg(x) = sin(x) / cos(x), ctg(x) = cos(x) / sin(x) и ранее полученные формулы.

1⃣tg(90° - α), ctg(90° - α)

tg(90° - α) = sin(90° - α) / cos(90° - α) = cos(α) / sin(α) = ctg(α).
ctg(90° - α) = tg(90° - α)⁻¹ = ctg(α)⁻¹ = tg(90° - α).

2⃣tg(-α), ctg(-α)

tg(-α) = sin(-α) / cos(-α) = -sin(α) / cos(α) = -tg(α).
ctg(-α) = tg(-α)⁻¹ = (-tg(α))⁻¹ = -ctg(α).

3⃣tg(90° + α), ctg(90° + α)

tg(90° + α) = tg(90° - (-α)) = ctg(-α) = -ctg(α).
ctg(90° + α) = (-ctg(α))⁻¹ = -tg(α).

4⃣tg(180° - α), ctg(180° - α)

tg(180° - α) = tg(90° + (90° - α)) = -ctg(90° - α) = -tg(α).
ctg(180° - α) = (-tg(α))⁻¹ = -ctg(α).

5⃣tg(180° + α), ctg(180° + α)

tg(180° + α) = tg(90° + (90° + α)) = -ctg(90° + α) = -(-tg(α)) = tg(α).
ctg(180° + α) = tg(α)⁻¹ = ctg(α).

6⃣tg(270° - α), ctg(270° - α)

tg(270° - α) = tg(180° + (90° - α)) = tg(90° - α) = ctg(α).
ctg(270° - α) = ctg(α)⁻¹ = tg(α).

7⃣tg(270° + α), ctg(270° + α)

tg(270° + α) = tg(180° + (90° + α)) = tg(90° + α) = -ctg(α).
ctg(270° + α) = (-ctg(α))⁻¹ = -tg(α).

8⃣tg(360° - α), ctg(360° - α)

tg(360° - α) = tg(-α) = -tg(α).
ctg(360° - α) = ctg(-α) = -ctg(α).

❔Вывод
Конечно, проще выучить их, но понимание процесса вывода этих формул не будет лишним. Если что-то забудется, вы всегда сможете вывести нужные формулы самостоятельно.

⚫️Math || #простым_языком

⚫️Math || #мемы

🚩Радианы: с чем их едят

Конечно измерять угол в градусах это удобно и понятно, но почему именно в одной окружности 360 градусов, а не 100? Вот если бы вы прилетели к жителям меркурия (допустим они есть и они разумны) то вы не сможете понять друг друга потому что у них угол измеряется, например в кернусах и в одной окружности 27 кернусов, а у нас в градусах. Чтобы избежать такой проблемы придумали радианы. Радианы — это такая единица измерения, которая нигде бы не отличалась

Представим окружность. Радиус: r. Центр: O. Из центра проведём 2 луча, которые пересекают окружность в точках A и B. Как узнать угол между этими лучами? Для начала: мы можем найти длину дуги от A до B. Также мы знаем радиус. Изменяя радиус в n раз, длина дуги AB изменится также в n раз, то есть отношение дуги АВ к радиусу r постоянное. Давайте попробуем связать 2 этих переменных:

AB / r = α

Это значит, что какую бы мы не взяли окружность, проведя два луча под одним углом отношение дуги заключённой между ними к радиусу постоянно. Это отношение и есть значением угла в радианах

🙂В чём измеряются радианы? В метрах? В градусах?

φ = AB / r; AB — длина, допустим метры. r — также длина, также представим что метры. Значит φ = м/м = 1. В этом и преимущество радиан. У них нет собственной величины. Это просто числовое значение

🙂Сколько радиан в окружности?

Напомню: φ = AB / r. В данной ситуации AB — вся окружность. Мы знаем, что длина окружности = 2πr. Подставляем в формулу:

φ = AB / r;
AB = 2πr;
φ = 2πr / r = 2π;

Значит в окружности 2π радиан

🙂Градусы в радианы, радианы в градусы

360° =  2π rad
1° = 2π / 360 rad ≈ 0,017 rad
1 rad = 360/2π °  ≈ 57.3°

🟦 Вывод

Если вы не совсем поняли, то читайте по 1 абзацу и пытайтесь сами вывести то, что выведено в посте. Радианы — очень полезная величина в математике и физике, которая упрощает многие вычисления

⚫️Math || #простым_языком

⚫️Math || #мемы

Продолжаем тему тригонометрии.

🚩Тригонометрические уравнения

Пример обычного уравнения с решением:

x - 5 = 10;
x = 10 + 5;
x = 15;

Но как решить такое уравнение: sin(x) = 0.5?

🟦arc-функции

У каждой тригонометрической функции есть обратная. Парочку примеров;

sin(x) -> arcsin(x)
cos(x) -> arccos(x)

Из этого следует, что F(arcF(x)) = x. sin(arcsin(x)) = x. Сами arc-функции возвращают значение от -π/2 до π/2. Ответ арк-функции — это угол прямоугольного треугольника с заданным отношением сторон

🟦Правило решения тригонометрических уравнений

Если посмотреть на график синуса, то можно заметить, что на одном у у нас несколько х. Дело в том, что sin(x + 360°) = sin(x). В радианах: sin(x + 2π) = sin(x).

Поэтому решение тригонометрических уравнений выглядит не совсем очевидно. Рассмотрим опять же на примере синуса:

sin(x) = a;
x = arcsin(a) + 2πk

Где k — целое число

🟦 Что такое k?

Если рассмотреть график синуса, то точка с y от -1 до 1 повторяется бесконечность раз с интервалом в 2π. Поэтому k — это "порядковый номер" точки на, например синусоиде.