Calculadora de trigonometria

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Lei dos senos, cossenos e tangentes

Lei dos senos, cossenos e tangentes

A trigonometria é um ramo da matemática dedicado aos triângulos, que permite encontrar seus ângulos e faces desconhecidos a partir de valores conhecidos. Por exemplo, o ângulo ao longo do comprimento da perna e da hipotenusa ou o comprimento da hipotenusa de acordo com o ângulo e a perna conhecidos.

Existem funções exclusivas para cálculos em trigonometria: seno, cosseno, tangente, cotangente, secante e cossecante. Eles são frequentemente usados ​​em ciências e disciplinas relacionadas, por exemplo, em astronomia, geodésia e arquitetura.

Trigonometria ao nosso redor

A trigonometria está incluída no currículo de educação geral e é uma das seções fundamentais da matemática. Hoje, com sua ajuda, encontram coordenadas geográficas, traçam rotas de navios, calculam trajetórias de corpos celestes, compilam programas e relatórios estatísticos. Esta seção matemática é mais procurada:

  • em astronomia;
  • em geografia;
  • na navegação;
  • na arquitetura;
  • em óptica;
  • em acústica;
  • em economia (para a análise dos mercados financeiros);
  • na teoria da probabilidade;
  • em biologia e medicina;
  • em eletrônica e programação.

Atualmente, mesmo ramos aparentemente abstratos como farmacologia, criptologia, sismologia, fonética e cristalografia não podem prescindir da trigonometria. As funções trigonométricas são usadas em tomografia computadorizada e ultrassom, para descrever ondas de luz e som, na construção de edifícios e estruturas.

História da trigonometria

As primeiras tabelas trigonométricas foram usadas em seus escritos pelo antigo cientista grego Hiparco de Nicéia em 180-125 AC. Então eles foram aplicados puramente na natureza e usados ​​apenas para cálculos astronômicos. Não havia funções trigonométricas (seno, cosseno e assim por diante) nas tabelas de Hiparco, mas havia uma divisão do círculo em 360 graus e a medição de seus arcos usando cordas. Por exemplo, o seno moderno era então conhecido como "meio acorde", ao qual uma perpendicular era traçada a partir do centro do círculo.

No ano 100 dC, o antigo matemático grego Menelau de Alexandria, em sua "Esfera" (Sphaericorum) de três volumes, apresentou vários teoremas que hoje podem ser plenamente considerados "trigonométricos". O primeiro descrevia a congruência de dois triângulos esféricos, o segundo a soma de seus ângulos (que é sempre maior que 180 graus) e o terceiro a regra das "seis magnitudes", mais conhecida como teorema de Menelau.

Aproximadamente ao mesmo tempo, de 90 a 160 dC, o astrônomo Cláudio Ptolomeu publicou o mais significativo tratado trigonométrico da antiguidade, o Almagesto, composto por 13 livros. A chave para isso era um teorema que descrevia a proporção de diagonais e lados opostos de um quadrilátero convexo inscrito em um círculo. Segundo o teorema de Ptolomeu, o produto do segundo é sempre igual à soma dos produtos do primeiro. Com base nisso, foram posteriormente desenvolvidas 4 fórmulas de diferença para seno e cosseno, bem como a fórmula de meio-ângulo α / 2.

Estudos Indianos

A forma "cordal" de descrever as funções trigonométricas, que surgiu na Grécia antiga antes de nossa era, era comum na Europa e na Ásia até a Idade Média. E somente no século 16 na Índia eles foram substituídos pelos modernos seno e cosseno: com as designações latinas seno e cos, respectivamente. Foi na Índia que as razões trigonométricas fundamentais foram desenvolvidas: sin²α + cos²α = 1, sinα = cos(90° − α), sin(α + β) = sinα ⋅ cosβ + cosα ⋅ sinβ e outros.

O principal objetivo da trigonometria na Índia medieval era encontrar números ultraprecisos, principalmente para pesquisas astronômicas. Isso pode ser julgado pelos tratados científicos de Bhaskara e Aryabhata, incluindo o trabalho científico Surya Siddhanta. O astrônomo indiano Nilakanta Somayaji pela primeira vez na história decompôs o arco-tangente em uma série de potência infinita e, posteriormente, o seno e o cosseno foram decompostos em séries.

Na Europa, os mesmos resultados só apareceram no século XVII seguinte. As séries para seno e cos foram derivadas por Isaac Newton em 1666, e para o arco tangente em 1671 por Gottfried Wilhelm Leibniz. No século 18, os cientistas estavam envolvidos em estudos trigonométricos tanto na Europa quanto nos países do Oriente Próximo / Médio. Depois que as obras científicas muçulmanas foram traduzidas para o latim e o inglês no século 19, elas se tornaram propriedade primeiro da ciência européia e depois mundial, tornando possível combinar e sistematizar todo o conhecimento relacionado à trigonometria.

Resumindo, podemos dizer que hoje a trigonometria é uma disciplina indispensável não só para as ciências naturais, mas também para a informática. Há muito deixou de ser um ramo aplicado da matemática e consiste em várias grandes subseções, incluindo trigonometria esférica e goniometria. O primeiro considera as propriedades dos ângulos entre grandes círculos em uma esfera, e o segundo trata de métodos para medir ângulos e a razão entre funções trigonométricas.

Fórmulas de seno, cosseno e tangente

Fórmulas de seno, cosseno e tangente

A trigonometria trata principalmente de encontrar cantos e arestas em triângulos retângulos, bem como em formas poliédricas mais complexas. Conhecendo duas quantidades (um ângulo e uma face ou duas faces), você quase sempre pode encontrar a terceira usando funções e fórmulas trigonométricas especiais.

Funções trigonométricas

Existem apenas duas funções diretas em trigonometria: seno (sin) e cosseno (cos). O primeiro é igual à proporção da perna oposta à hipotenusa e o segundo é igual ao adjacente. Em ambos os casos, queremos dizer o ângulo agudo de um triângulo retângulo, que é sempre menor que 90 graus. Em matemática superior, sin e cos também podem ser aplicados a números complexos e reais.

Todas as outras funções trigonométricas são derivadas de seno e cosseno. Existem apenas quatro deles:

  • Tangente (tg) - a razão entre a perna oposta e a adjacente - tgx = senx / cosx.
  • Cotangente (ctg) - a razão entre a perna adjacente e a oposta - ctgx = cosx / senx.
  • Segundo (seg) — a razão entre a hipotenusa e a perna adjacente — secx = 1 / cosx.
  • Cosecant (cossec) - a razão entre a hipotenusa e a perna oposta - cosecx = 1 / senx.

Uma notação alternativa usada em países de língua inglesa é a seguinte: tangente - tan, cotangente - cot, cossecante - csc. Eles são indicados na literatura científica, em calculadoras de engenharia de botão, em aplicativos eletrônicos.

Fórmulas trigonométricas

Matemáticos de países europeus e asiáticos pesquisam e aprimoram funções trigonométricas há muitos séculos e identificaram vários padrões inerentes a elas, como adição, subtração, multiplicação e outras operações matemáticas. Hoje, todo o curso básico de trigonometria, que faz parte do currículo escolar, é baseado nisso, ou seja, na capacidade de reduzir e transformar funções usando axiomas e teoremas existentes.

Identidades simples

Mesmo na Índia medieval, as identidades mais simples aplicáveis ​​às funções trigonométricas diretas e derivadas foram reveladas. Em sua forma finalizada (moderna), eles se parecem com isso:

  • sen²α + cos²α = 1.
  • 1 + tg²α = seg²α.
  • 1 + ctg²α = cosec²α.
  • tgα ⋅ ctgα = 1.

As fórmulas acima são válidas para quaisquer valores do argumento (α). Se introduzirmos a restrição de que α é maior que 0 e menor que π/2, a lista de fórmulas aumenta várias vezes. Os principais incluem o seguinte:

  • sinα = √(1 − cos²α).
  • cosα = √(1 − sin²α).
  • tgα = sinα / √(1 − sin²α).
  • ctg = cosα / √(1 − cos²α).
  • seg = 1 / cosα.
  • cossec = 1 / sinα.

Existem 5 identidades válidas para cada uma das 6 funções (30 no total). Todos eles estão listados na tabela e podem ser usados ​​para resolver e simplificar equações trigonométricas com uma incógnita (α).

Adição e subtração

As somas e diferenças de dois ângulos (α e β) também têm seus próprios padrões. Usando fórmulas trigonométricas, eles podem ser representados da seguinte forma:

  • sin(α + β) = sinα ⋅ cosβ + sinβ ⋅ cosα.
  • cos(α + β) = cosα ⋅ cosβ + sinα ⋅ sinβ.
  • tg(α + β) = (tgα + tgβ) / (1 − tgα ⋅ tgβ).
  • ctg(α + β) = (ctgα ⋅ ctgβ − 1) / (ctgα + ctgβ).

Essas fórmulas também se aplicam à subtração. Se os sinais do lado direito do sinal de igualdade mudarem, eles também mudarão do lado esquerdo. No caso da tangente, ficará assim: tg(α − β) = (tgα − tgβ) / (1 + tgα ⋅ tgβ).

Multiplicação

As funções trigonométricas de dois ângulos (α e β) também podem ser multiplicadas usando as fórmulas existentes:

  • sinα ⋅ sinβ = (cos(α − β) − cos(α + β)) / 2.
  • sinα ⋅ cosβ = (sin(α − β) + sin(α + β)) / 2.
  • cosα ⋅ cosβ = (cos(α − β) + cos(α + β)) / 2.
  • tgα ⋅ tgβ = (cos(α − β) − cos(α + β)) / (cos(α − β) + cos(α + β)).
  • tgα ⋅ ctgβ = (sin(α − β) + sin(α + β)) / (sin(α + β) − sin(α − β)).
  • ctgα ⋅ ctgβ = (cos(α − β) + cos(α + β)) / (cos(α − β) − cos(α + β)).

Também existem fórmulas para elevar funções trigonométricas a uma potência, para substituição universal, para expandir em produtos infinitos, para obter derivadas e antiderivadas. O comprimento das fórmulas pode variar de 2-3 a dezenas de caracteres, usando integrais, produtos de polinômios, funções hiperbólicas. Eles não são fáceis de calcular, mesmo com valores simples de α e β, e se forem valores fracionários complexos com muitos decimais, os cálculos exigirão muito tempo e esforço.

Para simplificar os cálculos de funções trigonométricas (e as operações com elas), hoje são usadas calculadoras online especiais. Valores numéricos são inseridos neles, após o que o programa calcula em uma fração de segundo. O uso desses aplicativos é ainda mais conveniente do que calculadoras de engenharia, e eles estão disponíveis gratuitamente.