Тригонометрические функции
Тригонометри́ческие фу́нкции — математические функции от величины угла. Они важны при изучении геометрии, а также при исследовании периодических процессов. Обычно тригонометрические функции определяют как отношения сторон прямоугольного треугольника или длины определённых отрезков в единичной окружности. Более современные определения выражают тригонометрические функции через суммы рядов или как решения некоторых дифференциальных уравнений, что позволяет расширить область определения этих функций на произвольные вещественные числа и даже на комплексные числа.
В настоящее время выделяют шесть основных тригонометрических функций, указанных ниже вместе с уравнениями, связывающими их друг с другом. Для последних четырёх функций, эти соотношения часто называют определениями этих функций, однако можно определять эти функции геометрически или как-нибудь по-другому. Кроме того, существуют другие функции, такие как
Функция | Обозначение | Соотношение | Графики |
---|---|---|---|
Си́нус |
В настройках вики неполная информация для программы с ID gnuplot. Отсутствует command.<externalvalue data="svg">No svg!</externalvalue> Графики тригонометрических функций: синуса, косинуса, тангенса, секанса, косеканса, котангенса | ||
Ко́синус | |||
Та́нгенс | |||
Кота́нгенс | |||
Се́канс | |||
Косе́канс |
Тригонометрические функции в прямоугольном треугольникеПравить
Чтобы определить тригонометрические функции произвольного угла
- Гипотенуза — сторона, противолежащая прямому углу, самая длинная сторона в треугольнике. В данном случае, сторона
- Противолежащий катет — катет, лежащий напротив угла. Например, катет
— противолежащий по отношению к углу - Прилежащий катет — катет, являющийся стороной угла. Например, катет
— прилежащий по отношению к углу
Будем предполагать, что треугольник лежит в евклидовой плоскости, поэтому сумма его углов равна
Синус угла — отношение противолежащего катета к гипотенузе:
Косинус угла — отношение прилежащего катета к гипотенузе:
Тангенс угла — отношение противолежащего катета к прилежащему:
Котангенс угла — отношение прилежащего катета к противолежащему:
Секанс угла — отношение гипотенузы к прилежащему катету:
Косеканс угла — отношение гипотенузы к противолежащему катету:
Из определений тригонометрических функций следует:
и симметрично:
Определение тригонометрических функций через окружностьПравить
Пусть на плоскости задана прямоугольная система координат с началом в точке
Синусом угла
Косинусом угла
Тангенсом угла
Котангенсом угла
Секансом угла
Косекансом угла
Из определения следует: если косинус угла равен нулю, то тангенс и секанс этого угла не существуют. Аналогично для котангенса и косеканса: если синус угла равен нулю, то котангенс и косеканс этого угла не существуют.
Определение тригонометрических функций через рядыПравить
Используя геометрию и свойства пределов, можно доказать, что производная синуса равна косинусу и что производная косинуса равна минус синусу. Тогда можно воспользоваться теорией рядов Тейлора и представить синус и косинус в виде суммы степенных рядов:
Пользуясь этими формулами, а также уравнениями
Определение тригонометрических функций через экспонентуПравить
Определение тригонометрических функций через ряды эквивалентно следующему компактному определению тригонометрических функций, носящему имя формула Муавра:
Значения тригонометрических функций для некоторых угловПравить
Значения синуса, косинуса, тангенса, котангенса, секанса и косеканса для некоторых углов приведены в таблице.
0°(0 рад) | 30° (π/6) | 45° (π/4) | 60° (π/3) | 90° (π/2) | 180° (π) | 270° (3π/2) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
Значения тригонометрических функций нестандартных угловПравить
Свойства тригонометрических функцийПравить
Функция y = cos α — чётная, функции: y = sin α, y = tg α, y = ctg α — нечётные, то есть:
Для острых углов
Для углов
Рассмотрим треугольник ABO (см. Рис. 1). По теореме Пифагора:
Если разделить выражение (1) на
Если разделить выражение (1) на
Полезные тождестваПравить
Производные и интегралыПравить
Все тригонометрические функции непрерывно дифференцируемы на всей области определения:
Интегралы тригонометрических функций на области определения выражаются через элементарные функции следующим образом:
ИсторияПравить
Линия синуса у индийских математиков первоначально называлась अर्धज्या, ардха-джья̄ («полутетива»), затем слово ардха- (अर्ध) было отброшено и линию синуса стали называть просто джья̄ (ज्या). Но чаще использовался синоним джӣва, «живой» (जीबा). Арабские переводчики не перевели слово джӣва арабским словом ватар (وتر), обозначающим тетиву и хорду, а транскрибировали арабскими буквами и стали называть линию синуса джӣба (произношение جيبا). Так как в арабском языке краткие гласные не обозначаются, а долгое ӣ в слове джӣба обозначается так же, как полугласная й (جيب), Герардо Кремонский интерпретировал слово как джайб, что буквально обозначает «впадина», «пазуха» и перевёл его на латынь словом sinus, имеющим то же значение.[4]
Современное обозначение синуса
Термины «тангенс» (от лат. tangens, «касающийся») и «секанс» (secans, «секущий») были введены датским математиком Томасом Финке (1561—1656) в его книге «Геометрия круглого» (Geometria rotundi, 1583)
См. такжеПравить
СсылкиПравить
- GonioLab: Проясненная Единичная Окружность, Тригонометрические и Гиперболические функции (Java Web Start)
- Тригонометрические функции на MathWorld (англ.)
ПримечанияПравить
- ↑ В западной традиции tan.
- ↑ В западной традиции cot.
- ↑ В западной традиции csc.
- ↑ Online Etymology Dictionary. Sine.