NEW
Kategoria-Matematyka Kategoria-Statystyka Kategoria-Korepetycje
Kategoria-Matematyka.Podkategoria-PrzydatneWzory Kategoria-Matematyka.Podkategoria-Gimnazjum Kategoria-Matematyka.Podkategoria-Liceum Kategoria-Matematyka.Podkategoria-Studia Kategoria-Statystyka.Podkategoria-Wzory Kategoria-Statystyka.Podkategoria-StatystykaOpisowa Kategoria-Statystyka.Podkategoria-Wnioskowanie Kategoria-Statystyka.Podkategoria-Testy Kategoria-Korepetycje.Podkategoria-Matematyka Kategoria-Korepetycje.Podkategoria-Statystyka
 

Zanim zajmiemy się udowadnianiem tożsamości trygonometrycznych, warto zapoznać się z regułami dotyczącymi upraszczania wyrażeń trygonometrycznych. Zachęcam do przejrzenia: link do upraszczania.

Tożsamość trygonometryczna to równość, w której występują funkcje trygonometryczne. Równość ta jest prawdziwa dla każdego dopuszczalnego kąta (nieważne jaką nazwę ma ten kąt: ), dlatego na początku należy podawać założenie, które wyeliminuje przypadki np. dzielenia przez .

Sprawdzanie, czy wyrażenie jest tożsamością polega na przekształcaniu jednej ze stron równości w taki sposób, aby otrzymać drugą stronę (kierunek: lewa – prawa lub prawa – lewa). Oto kilka w miarę uniwersalnych wskazówek, które pozwolą na sprawne udowadnianie tożsamości:

  1. Warto zaczynać przekształcanie tożsamości od dłuższej strony, ponieważ mamy tu określone możliwości manewrowania (dłuższa strona w krótszą) niż w przypadku krótkiego wyrażenia (krótsza strona w dłuższą), gdzie możliwości te są nieograniczone, ale znacznie trudniejsze do wymyślenia.

  2. Na początku pozbywamy się nawiasów po danej stronie, wymnażając kolejno składniki lub jeżeli to możliwe korzystając ze wzoru skróconego mnożenia.

  3. Po każdym przekształceniu, które wykonamy należy zwracać uwagę, czy nie otrzymaliśmy konkretnego wzoru np. jedynki trygonometrycznej lub jej przekształceń: , , , oraz , , . W przypadku jedynki trygonometrycznej staramy się ją „zwinąć”, a nie rozkładać na sinus i cosinus, bo wyrażenie może się rozrosnąć do ogromnych rozmiarów, oczywiście istnieją wyjątki.

  4. Przekształcając konkretną stronę cały czas należy zwracać uwagę na to do czego mamy dojść – czyli na drugą stronę tożsamości:

  • jeżeli po przekształcanej stronie występują dwa ułamki, a po drugiej jeden ułamek należy sprowadzić obydwa ułamki do wspólnego mianownika tym samym otrzymując jeden

  • jeżeli po przekształcanej stronie występuje jeden ułamek, a po drugiej stronie dwa to należy je rozdzielić analogicznie jak wykonuje się to na prostszych liczbach np.

  • jeżeli przekształcana strona zawiera tangensy lub cotangensy, a po stronie, którą mamy otrzymać nie występują to likwidujemy je korzystając ze wzorów oraz ,

  • jeżeli przekształcana strona zawiera tangensy lub cotangensy, a po stronie, którą mamy otrzymać występują również wyłącznie tangensy i cotangensy, to nie ma sensu zamieniać je na sinusy i cosinusy (oczywiście istnieje taka możliwość, ale przykład znacznie się skomplikuje), zamieniamy wszystko na tangensy lub cotangensy korzystając ze wzorów lub .

Czasem pojawia się dylemat dotyczący kolejności postępowania - mianowicie czy najpierw rozkładać jeden ułamek na dwa ułamki czy pozbyć się tangensów lub cotangensów zamieniając je na sinusy i cosinusy. Z reguły najkrótszą drogą jest rozbicie na dwa ułamki, a później likwidacja tangensów lub cotangensów.

Poniżej znajdują się przykłady udowadniania tożsamości trygonometrycznych. Jeżeli ktoś ma inne pomysły na rozwiązania i dają one pożądany wynik, to są one jak najbardziej prawidłowe.

Przykład 1

[kliknij aby rozwinąć]

I sposób

Lewa strona równości jest dłuższa, zatem to ją będziemy przekształcać pozbywając się na początku nawiasów, oczywiście można mnożyć „na piechotę”, ale warto przyjrzeć się zawartości nawiasów. W każdym z nich jest właściwie to samo wyrażenie różniące się jedynie znakiem, można więc zastosować wzór skróconego mnożenia .

II sposób

Zauważmy, że prawa strona równości jest przekształceniem jedynki trygonometrycznej , a lewa strona składa się z i cosinusów, co jest nam na rękę. można zapisać jako (jedynka podniesiona do kwadratu to nadal jeden), a taka forma umożliwia nam rozkład tego wyrażenia ze wzoru skróconego mnożenia :

Przykład 2

[kliknij aby rozwinąć]

Lewa strona równania jest dłuższa, zatem to ją będziemy przekształcać. Na początku należy pozbyć się nawiasów wymnażając kolejne składniki:

Następnie skorzystamy z własności oraz zamienimy cotangens na sinus zgodnie ze wzorem , ponieważ po prawej stronie występuje wyłącznie sinus i nie ma tu ani tangensów, ani cotangensów. Aby zapisać skorzystamy z własności potęg , z tego wzoru można korzystać jedynie w przypadku gdy wykładniki potęg są takie same (w przykładzie były to ) i pomiędzy kolejnymi liczbami jest znak mnożenia lub dzielenia.

Pomocniczo dla ułatwienia działań skorzystamy z zapisu (każda liczba podzielona przez to nadal ta sama liczba), ponieważ wiele osób ma problemy z prawidłowym skracaniem ułamków, a wykonywanie działań w przekształcaniu tożsamości wykonuje się identycznie jak działania na ułamkach zwykłych.

Przykład 3

[kliknij aby rozwinąć]

Założenie: (mianownik nie może być równy )

Przestrzegam przed „twórczością radosną” objawiającą się w skracaniu . Aby bezbłędnie skracać ułamek znak dodawania musi być zamknięty w nawiasie wraz z okalającymi je elementami: . Wnętrza

nawiasu nie wolno ruszać i jak widać nie ma za bardzo z czym skrócić sinusa z mianownika.

Obie strony mają podobną długość. Powyższą równość można sprawdzić na dwa sposoby:

I sposób

Będziemy przekształcać lewą stronę - występuje tu cotangens, którego po prawej stronie równości nie ma, zatem pierwszym krokiem będzie zamiana :

Kolejny etap to stworzenie kreski ułamkowej, która występuje po prawej stronie, można to osiągnąć przez sprowadzenie do wspólnego mianownika.

Dla ułatwienia rachunków zastosowano , bo każda liczba podzielona przez nie ulega zmianie.

II sposób

Lewą stronę można rozdzielić na dwa ułamki tak jak się to robi na zwykłych liczbach np. i skorzystać ze wzoru :

Przykład 4

[kliknij aby rozwinąć]

Założenie: (mianownik nie może być równy )

Po przekształceniu założenia otrzymujemy ostatecznie , bo jeżeli cosinus będzie wynosił , to także cosinus do kwadratu będzie równy ) .

Obie strony równania są podobnej długości. Można je sprawdzić na dwa sposoby:

I sposób

Przekształcimy lewą stronę, zamieniając tangens ze wzoru , ponieważ po prawej stronie równości nie występuje.

Następnie stworzymy jedną kreskę ułamkową „wrzucając” na nią jedynkę po sprowadzeniu jej do wspólnego mianownika.

Dla ułatwienia rachunków zastosowano , bo każda liczba podzielona przez nie ulega zmianie.

II sposób

Zaczniemy przekształcać prawą stronę. Właściwie trzeba wykazać się tu pomysłowością i jedynkę z licznika rozłożyć ze wzoru . Z rozkładaniem liczby zgodnie ze wzorem na „jedynkę trygonometryczną” należy postępować ostrożnie, ponieważ pochopne użycie tego wzoru może bardzo skomplikować przykład (zwłaszcza długi), dlatego warto robić to dopiero w ostateczności. Jednak w tym przypadku przykład jest krótki, zatem nie będzie większego problemu. Na początku rozdzielimy ułamek na dwa mniejsze i skorzystamy z odpowiednich wzorów :

Przekształcając wyrażenie skorzystamy z własności potęg - z tego wzoru można korzystać jedynie w przypadku gdy wykładniki potęg są takie same (w przykładzie były to ) i pomiędzy kolejnymi liczbami jest znak mnożenia lub dzielenia.

Przykłady – 1 – 5 (red. A. Cewe i H. Nahorska, Matematyka – zbiór zadań dla klasy 1. Kształcenie w zakresie podstawowym, Wydawnictwo Podkowa 2008, str. 23-24, zad. 2.37) ISBN 978-83-88299-37-7