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 com o eixo x, encontrando o círculo em um ponto. Esse ponto tem coordenadas — 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 é a coordenada horizontal e o cateto oposto a 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 : . Substitua e :
Esta é a identidade pitagórica, e vale para todos os ângulos. Verifique com a tabela da aula anterior: em , ; em , . Sem exceções — o ponto final de todo ângulo está no círculo unitário.
Como usar
3² + 4² = 9 + 16 = 25 = c²
Hipotenusa c c = √25 ≈ 5.00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 e . 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:
Esta identidade do quociente também corresponde à tabela: , e . 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":
Verifique: em a expressão original é , e — uma correspondência. Uma segunda rota também funciona: reorganizando a identidade pitagórica mostramos que sempre é igual a . 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
1. Em θ = 45°, sin²θ + cos²θ é igual a?
2. Um ângulo agudo θ satisfaz sinθ = 0.6. Qual é cosθ?
3. Simplifique 1 − sin²θ.

