Resumo
Esta aula abre a unidade de trigonometria analítica, com uma avaliação de entrada que mede o ponto de partida; a unidade converte as funções trigonométricas, estudadas na unidade precedente como funções de um ângulo, em um cálculo algébrico com regras próprias: identidades que valem para todo ângulo, fórmulas que exprimem as razões de uma soma por meio das razões de suas parcelas, transformações de somas em produtos, equações e inequações, e seu uso para medir ângulos entre retas e para reconhecer as cônicas cujos eixos são oblíquos. Apresenta as seis aulas da unidade em sua ordem lógica, percorre a história destas ideias desde as tabelas de cordas da astronomia grega até a formulação analítica de Euler, enuncia o problema que lhes deu origem, o de calcular a corda de qualquer arco a partir de umas poucas cordas conhecidas, e o resolve em um exemplo com as ferramentas que a unidade demonstrará. Termina indicando onde estas ideias reaparecem no restante do curso, em outros cursos do site e na ciência e na técnica.
Objetivos de aprendizagem
- Descrever o conteúdo de cada aula da unidade e explicar como cada uma se apoia nas que a precedem.
- Situar em seu contexto histórico as tabelas de cordas, a passagem da corda ao seno e a formulação analítica das funções trigonométricas.
- Formular o problema de calcular uma corda a partir de outras conhecidas e reconhecer em sua solução as fórmulas da diferença e do ângulo metade.
- Identificar aplicações da trigonometria analítica no cálculo, na mecânica, na programação e na álgebra linear.
Avaliação de entrada
Antes de percorrer a unidade convém medir o ponto de partida. Esta autoavaliação não dá nota: serve para saber onde se deter. As nove primeiras perguntas tocam as seis aulas da unidade, duas para cada uma das aulas das identidades, das fórmulas de adição e subtração e das equações, que sustentam as demais, e uma para cada uma das outras três; a décima é um problema de modelagem, que pede para equacionar com a fórmula do ângulo duplo uma situação em contexto. As mesmas habilidades voltam a ser medidas no final, na aula de síntese, com outros dados. As três últimas verificam o que a unidade supõe conhecido da unidade precedente e do curso I: os valores da circunferência unitária, as funções inversas e o produto escalar.
Antes de começar a unidade, meça seu ponto de partida. É uma autoavaliação breve: não recebe nota e seu resultado fica guardado apenas no seu navegador.
Pergunta 1Qual das igualdades abaixo é uma identidade em seu domínio comum?
A raiz quadrada de é , não : em o primeiro membro vale e o segundo . Um só contraexemplo basta para refutar uma identidade.Cumpre-se em e em , mas não em , onde o primeiro membro vale . Nenhuma quantidade finita de verificações favoráveis demonstra uma identidade.O quociente foi invertido: , que em vale e não .Com um denominador comum, , válido em todo ponto em que , que é o domínio comum dos dois membros.Pergunta 2Se e está no segundo quadrante, calcular .
Resposta correta:
Pela identidade pitagórica, , de modo que ; no segundo quadrante o cosseno é negativo, e . Quem obtém esqueceu o sinal que o quadrante fixa, e quem obtém calculou o seno, , e deu-lhe o sinal do cosseno.Pergunta 3Calcular , escrevendo .
É a soma das tangentes. A tangente não se distribui sobre a soma dos ângulos: é preciso dividir por .O sinal do denominador está invertido: usou-se em lugar de . O ângulo está no segundo quadrante e sua tangente é negativa.É a tangente de : aplicou-se a fórmula da diferença em lugar da fórmula da soma.Pela fórmula da tangente da soma, , e ao racionalizar resulta . É negativa, como corresponde a um ângulo do segundo quadrante.Revisar: Fórmulas de adição e subtração, ângulo duplo e ângulo metade
Pergunta 4Se e , calcular .
Resposta correta:
No segundo quadrante o cosseno é negativo, e pela identidade pitagórica ; pela fórmula do ângulo duplo, . Quem obtém tomou o cosseno positivo, e quem obtém duplicou o seno, o que é impossível porque supera .Revisar: Fórmulas de adição e subtração, ângulo duplo e ângulo metade
Pergunta 5Calcular o valor máximo de .
Resposta correta:
Pela forma harmônica, , com ; seu conjunto imagem é , e o máximo de é . Quem obtém somou os máximos dos dois termos, que não são atingidos no mesmo ponto, e quem obtém esqueceu a constante.Revisar: Transformação de somas em produtos e a forma harmônica
Pergunta 6Quantas soluções tem a equação em ?
Resposta correta:
O trinômio se fatora como . A equação tem duas soluções na volta, e , e uma só, , porque . Quem obtém contou duas vezes a solução de .Pergunta 7Ao resolver elevando ao quadrado obtêm-se os candidatos . Quais são as soluções em ?
Elevar ao quadrado não é uma equivalência: os candidatos contêm as soluções, mas também as de . É preciso verificá-los.São as soluções de . Em o primeiro membro da equação original, , vale .São as soluções estranhas, isto é, as de ; descartaram-se as verdadeiras.Ao elevar ao quadrado acrescentam-se as soluções de , de modo que cada candidato deve ser verificado na equação original: em e em o primeiro membro vale , e em e em vale .Pergunta 8Que ângulo formam as retas e ?
É o suplemento do ângulo entre as retas. O ângulo entre duas retas não excede , e por isso a fórmula leva valor absoluto.Falta dividir por : a diferença dos coeficientes angulares não é a tangente da diferença das inclinações.Que os coeficientes angulares tenham sinais opostos não basta para a perpendicularidade: é necessário , e aqui .Pelo teorema do ângulo entre duas retas, , e o ângulo entre duas retas está em .Revisar: O ângulo entre duas retas e aplicações da trigonometria
Pergunta 9O que representa a equação ?
Os coeficientes de e de são positivos, mas o termo em muda a natureza da cônica: o que decide é o sinal de , que aqui é positivo.Ter não basta: uma circunferência exige além disso . Aqui .As parábolas têm discriminante nulo; aqui .O discriminante é , e a equação é do tipo hiperbólico; a rotação de a leva a , que é uma hipérbole e não duas retas.Pergunta 10De um tronco de seção transversal circular de centímetros de diâmetro quer-se tirar uma viga de seção transversal retangular, com os quatro vértices da seção transversal na circunferência do tronco. Se é o ângulo que uma diagonal do retângulo forma com um de seus lados, qual é a maior área possível da seção transversal, em centímetros quadrados?
Resposta correta:
As diagonais de um retângulo inscrito em uma circunferência são diâmetros, de modo que os lados medem e , e pela fórmula do ângulo duplo a área é . Como , com igualdade para , o máximo é , o da seção transversal quadrada. Quem obtém esqueceu o fator de , e quem obtém tomou o raio como diagonal.Revisar: Fórmulas de adição e subtração, ângulo duplo e ângulo metade
Pergunta 11De unidades anterioresQuais são as coordenadas do ponto da circunferência unitária?
É : percorreu-se o arco no sentido anti-horário. Um ângulo negativo se percorre no sentido horário.São os valores de , o ângulo de referência, sem o sinal do quadrante: o ponto está no segundo quadrante, onde a abscissa é negativa.Trocaram-se o seno e o cosseno: é o ponto .O ângulo é côngruo com , do segundo quadrante, cujo cosseno é e cujo seno é .Pergunta 12De unidades anterioresCalcular .
O arco-cosseno não desfaz o cosseno fora de : seu valor está sempre nesse intervalo, e não está.Tem o cosseno correto, mas não está em , o conjunto imagem do arco-cosseno; é o valor principal do arco-seno ou do arco-tangente que pode ser negativo.É o ângulo de referência, cujo cosseno é e não .O cosseno de é , e o arco-cosseno devolve o único ângulo de com esse cosseno, que é .Revisar: As funções trigonométricas inversas
Pergunta 13De unidades anterioresCalcular o cosseno do ângulo que formam os vetores e .
Resposta correta:
O produto escalar é e cada vetor tem norma ; o cosseno é . Quem obtém esqueceu de dividir pelas normas, e quem obtém dividiu por uma só.
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