Краткое содержание
Этот урок открывает раздел аналитической тригонометрии входной проверкой, которая измеряет исходную точку. Раздел превращает тригонометрические функции, изученные в первом разделе как функции угла, в алгебраическое исчисление со своими правилами: тождества, верные для любого угла; формулы, выражающие тригонометрические отношения суммы через отношения слагаемых; преобразования сумм в произведения; уравнения и неравенства; наконец, их применение к измерению углов между прямыми и к распознаванию конических сечений с наклонными осями. Урок представляет шесть уроков раздела в их логическом порядке, прослеживает историю этих идей от таблиц хорд греческой астрономии до аналитической формулировки Эйлера, ставит задачу, из которой они родились, а именно задачу вычисления хорды любой дуги по немногим известным хордам, и решает её на примере средствами, которые раздел докажет. В конце показано, где эти идеи появляются вновь дальше в этом курсе, в других курсах сайта и в науке и технике.
Цели обучения
- Описать содержание каждого урока раздела и объяснить, как каждый из них опирается на предшествующие.
- Поместить в исторический контекст таблицы хорд, переход от хорды к синусу и аналитическую формулировку тригонометрических функций.
- Сформулировать задачу вычисления хорды по другим известным хордам и узнать в её решении формулы разности и половинного угла.
- Указать приложения аналитической тригонометрии в математическом анализе, в механике, в программировании и в линейной алгебре.
Входная проверка
Прежде чем проходить раздел, полезно измерить исходную точку. Этот тест для самого себя не ставит оценок: он нужен, чтобы понять, где задержаться. Первые девять вопросов касаются шести уроков раздела: по два на уроки о тождествах, о формулах сложения и об уравнениях, на которых держатся остальные, и по одному на каждый из трёх других; десятый вопрос является задачей на моделирование, в которой нужно с помощью формулы двойного угла составить модель практической ситуации. Те же умения измеряются снова в конце, в итоговом уроке, на других данных. Три последних вопроса выясняют, что раздел считает известным из первого раздела и из курса I: значения на единичной окружности, обратные функции и скалярное произведение.
Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.
Вопрос 1Какое из приведённых ниже равенств является тождеством на своей общей области определения?
Квадратный корень из равен , а не : при левая часть равна , а правая . Одного контрпримера достаточно, чтобы опровергнуть тождество.Равенство выполняется в и в , но не в , где левая часть равна . Никакое конечное число удачных подстановок не доказывает тождества.Частное перевёрнуто: , что при равно , а не .После приведения к общему знаменателю , что верно в каждой точке, где , то есть на общей области определения обеих частей.Повторить: Основные тригонометрические тождества
Вопрос 2Пусть и угол лежит во второй четверти. Вычислите .
Правильный ответ:
По основному тригонометрическому тождеству , так что ; во второй четверти косинус отрицателен, и . Тот, кто получает , забыл знак, который определяется четвертью, а тот, кто получает , вычислил синус, , и приписал ему знак косинуса.Повторить: Основные тригонометрические тождества
Вопрос 3Вычислите , записав .
Это сумма тангенсов. Тангенс не распределяется по сумме углов: нужно разделить на .Знак знаменателя изменён на противоположный: взято вместо . Угол лежит во второй четверти, и его тангенс отрицателен.Это тангенс угла : применена формула разности вместо формулы суммы.По формуле тангенса суммы , а после избавления от иррациональности в знаменателе получается . Значение отрицательно, как и должно быть для угла второй четверти.Вопрос 4Пусть и . Вычислите .
Правильный ответ:
Во второй четверти косинус отрицателен, и по основному тригонометрическому тождеству ; по формуле двойного угла . Тот, кто получает , взял косинус положительным, а тот, кто получает , удвоил синус, что невозможно, поскольку результат превышает .Вопрос 5Найдите наибольшее значение функции .
Правильный ответ:
По гармонической форме , где ; множество значений этого выражения есть , и наибольшее значение функции равно . Тот, кто получает , сложил наибольшие значения двух слагаемых, которые не достигаются в одной и той же точке, а тот, кто получает , забыл постоянную.Повторить: Преобразование сумм в произведения и гармоническая форма
Вопрос 6Сколько решений имеет уравнение на ?
Правильный ответ:
Трёхчлен раскладывается на множители: . Уравнение имеет на одном обороте два решения, и , а уравнение только одно, , поскольку . Тот, кто получает , посчитал дважды решение уравнения .Повторить: Тригонометрические уравнения и неравенства
Вопрос 7При решении уравнения возведением в квадрат получаются кандидаты . Какие из них являются решениями на ?
Возведение в квадрат не является равносильным преобразованием: среди кандидатов есть решения, но есть и решения уравнения . Кандидатов нужно подставить в исходное уравнение.Это решения уравнения . В левая часть исходного уравнения, , равна .Это посторонние корни, то есть решения уравнения ; отброшены настоящие решения.При возведении в квадрат добавляются решения уравнения , так что каждого кандидата нужно подставить в исходное уравнение: в и в левая часть равна , а в и в она равна .Повторить: Тригонометрические уравнения и неравенства
Вопрос 8Какой угол образуют прямые и ?
Это угол, дополняющий угол между прямыми до развёрнутого. Угол между двумя прямыми не превосходит , и поэтому в формуле стоит модуль.Не хватает деления на : разность угловых коэффициентов не есть тангенс разности углов наклона.Того, что угловые коэффициенты имеют противоположные знаки, недостаточно для перпендикулярности: нужно , а здесь .По теореме об угле между двумя прямыми , а угол между двумя прямыми лежит в .Повторить: Угол между двумя прямыми и приложения тригонометрии
Вопрос 9Что задаёт уравнение ?
Коэффициенты при и при положительны, но член с меняет природу кривой: всё решает знак выражения , которое здесь положительно.Условия недостаточно: окружность требует ещё и . Здесь .У парабол дискриминант равен нулю; здесь .Дискриминант равен , и уравнение гиперболического типа; поворот на приводит его к виду , а это гипербола, а не пара прямых.Вопрос 10Из бревна круглого сечения диаметром сантиметров нужно вытесать брус прямоугольного сечения так, чтобы четыре вершины сечения лежали на окружности бревна. Пусть есть угол, который диагональ прямоугольника образует с одной из его сторон. Какова наибольшая возможная площадь сечения в квадратных сантиметрах?
Правильный ответ:
Диагонали прямоугольника, вписанного в окружность, являются диаметрами, так что стороны равны и , и по формуле двойного угла площадь равна . Поскольку , причём равенство достигается при , максимум равен ; это площадь квадратного сечения. Тот, кто получает , забыл множитель в равенстве , а тот, кто получает , принял за диагональ радиус.Вопрос 11Из предыдущих разделовКаковы координаты точки единичной окружности?
Это точка : дуга пройдена против часовой стрелки. Отрицательный угол откладывается по часовой стрелке.Это значения для угла , угла приведения, без знака четверти: точка лежит во второй четверти, где абсцисса отрицательна.Синус и косинус поменяны местами: это точка .Угол имеет общую конечную сторону с углом второй четверти, косинус которого равен , а синус .Повторить: Тригонометрические отношения и единичная окружность
Вопрос 12Из предыдущих разделовВычислите .
Арккосинус не обращает косинус вне : его значение всегда лежит в этом промежутке, а в нём не лежит.Косинус у этого угла верный, но угол не лежит в , множестве значений арккосинуса; отрицательным может быть главное значение арксинуса или арктангенса.Это угол приведения, косинус которого равен , а не .Косинус угла равен , а арккосинус возвращает единственный угол из с таким косинусом, то есть .Повторить: Обратные тригонометрические функции
Вопрос 13Из предыдущих разделовВычислите косинус угла между векторами и .
Правильный ответ:
Скалярное произведение равно , и длина каждого вектора равна ; косинус равен . Тот, кто получает , забыл разделить на длины, а тот, кто получает , разделил только на одну из них.Повторить: Векторы на плоскости и параметрические уравнения прямой
Загрузка содержимого…