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Seção atualsin e cos no círculo unitário

Geometria

Identidades Trigonométricas

sin e cos não são estranhos — o teorema de Pitágoras veste roupas algébricas e se torna sin²θ + cos²θ = 1, verdadeiro para todos os ângulos.

Na aula anterior, sin, cos e tan pareciam três entradas de tabela não relacionadas. Na verdade, eles são uma família: para qualquer ângulo dado, as três razões satisfazem equações que valem sempre e em toda parte — identidades trigonométricas. A mais famosa é apenas o teorema de Pitágoras com roupas diferentes. Nesta aula, nós o derivamos diretamente da geometria, e depois usamos identidades para simplificar uma expressão.

sin e cos no círculo unitário

Desenhe um círculo de raio 1 (o círculo unitário) centrado na origem. A partir do centro, desenhe um raio formando um ângulo θ\theta com o eixo x, encontrando o círculo em um ponto. Esse ponto tem coordenadas (cosθ,sinθ)(\cos\theta, \sin\theta) — o cosseno é a coordenada horizontal, o seno é a vertical.

Por quê? Complete o triângulo: o raio é a hipotenusa, e os segmentos horizontal e vertical são os catetos. O raio é 1, então ele é a hipotenusa; o cateto adjacente a θ\theta é a coordenada horizontal e o cateto oposto a θ\theta é a vertical. As definições de trigonometria dividem pela hipotenusa — e dividir por 1 não muda nada, então as razões simplesmente são as coordenadas. O círculo unitário eleva a trigonometria de uma propriedade de triângulos para a posição de um ponto, e resolve uma questão antiga no caminho: por que sin e cos nunca saem do intervalo de −1 a 1? O valor absoluto de uma coordenada nunca excede a distância do ponto ao centro — e em um círculo de raio 1, essa distância é exatamente 1.

O outro nome do teorema de Pitágoras

O ponto está no círculo unitário, então sua distância da origem é sempre 1. Aplique a fórmula da distância (que é o teorema de Pitágoras) a (x,y)(x, y): x2+y2=1x^2 + y^2 = 1. Substitua x=cosθx = \cos\theta e y=sinθy = \sin\theta:

sin2θ+cos2θ=1\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1

Esta é a identidade pitagórica, e vale para todos os ângulos. Verifique com a tabela da aula anterior: em θ=30\theta = 30^\circ, 0.52+0.86620.25+0.75=10.5^2 + 0.866^2 \approx 0.25 + 0.75 = 1; em θ=45\theta = 45^\circ, 0.7072+0.70720.5+0.5=10.707^2 + 0.707^2 \approx 0.5 + 0.5 = 1. Sem exceções — o ponto final de todo ângulo está no círculo unitário.

InterativoPitágoras com Hipotenusa 1

Como usar

a²=9b²=16c²=25

3² + 4² = 9 + 16 = 25 = c²

Hipotenusa c c = √255.00整数勾股数 · Pythagorean triple!

Arraste os dois catetos e observe as áreas dos três quadrados. Mantenha um olho nisto: o quadrado sobre a hipotenusa é igual aos dois quadrados sobre os catetos combinados. Reduza a hipotenusa para 1 — seu quadrado tem área 1, e os dois quadrados dos catetos são exatamente cos2θ\cos^2\theta e sin2θ\sin^2\theta. A identidade é o teorema de Pitágoras vivendo no círculo unitário.

A identidade do quociente: de onde vem tan

Tan tem uma definição própria — pode ser escrita usando sin e cos? Divida o numerador e o denominador de "oposto ÷ adjacente" pela hipotenusa; a razão não muda, e o que resta são duas razões conhecidas dividindo uma pela outra:

tanθ=sinθcosθ\tan\theta = \frac{\sin\theta}{\cos\theta}

Esta identidade do quociente também corresponde à tabela: tan45=0.707÷0.707=1\tan 45^\circ = 0.707 \div 0.707 = 1, e tan30=0.5÷0.8660.577\tan 30^\circ = 0.5 \div 0.866 \approx 0.577. Seu significado vai além — das três razões, apenas duas são independentes. A terceira é decidida pelas duas primeiras: conhecendo sin e cos, tan vem de graça.

Simplificando com identidades

Uma identidade é uma "permissão de reorganização": seus dois lados são sempre iguais, então você pode trocá-los à vontade. Simplificar significa reescrever uma expressão em uma forma mais fácil.

Simplifique sinθ ÷ tanθ

Expanda tan com a identidade do quociente, depois "dividir por uma fração significa multiplicar pelo seu recíproco":

sinθtanθ=sinθ×cosθsinθ=cosθ\frac{\sin\theta}{\tan\theta} = \sin\theta \times \frac{\cos\theta}{\sin\theta} = \cos\theta

Verifique: em θ=30\theta = 30^\circ a expressão original é 0.5÷0.5770.8660.5 \div 0.577 \approx 0.866, e cos30=0.866\cos 30^\circ = 0.866 — uma correspondência. Uma segunda rota também funciona: reorganizando a identidade pitagórica mostramos que 1cos2θ1 - \cos^2\theta sempre é igual a sin2θ\sin^2\theta. As duas identidades juntas desbloqueiam a maioria dos problemas de simplificação.

Em Lei dos Senos e Cossenos, essas razões saem dos triângulos retângulos para enfrentar triângulos oblíquos.

Verifique-se

Questionário rápido

0 / 3 corretas0 / 3 corretas
  1. 1. Em θ = 45°, sin²θ + cos²θ é igual a?

  2. 2. Um ângulo agudo θ satisfaz sinθ = 0.6. Qual é cosθ?

  3. 3. Simplifique 1 − sin²θ.