3. Arcusfunktioner och speglingar
Fortsätt till nästa lektion
Lektion
Uppgifter
Tester
Kapitel 1
3. 

Arcusfunktioner och speglingar

Den här lektionenen ger en djupgående förståelse för arcusfunktioner, inklusive arcsin, arccos och arctan. Den förklarar hur man kan använda dessa funktioner för att beräkna vinklar baserat på trigonometriska värden, vilket är en omvänd process till att använda trigonometriska funktioner för att räkna ut sinus-, cosinus- och tangensvärden för en given vinkel. Dessutom diskuteras hur man kan bestämma definitionsmängden för dessa funktioner och hur man kan använda dem för att lösa trigonometriska ekvationer. Lektionenen förklarar också hur man kan använda trigonometriska speglingssamband för att hitta ytterligare rötter till ekvationer inom olika intervall.

Visa mer expand_more
8 sidor teori
18 Uppgifter - Nivå 1 - 3
Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet.
Arcusfunktioner och speglingar
Sida av 8

I den här lektionen går vi igenom följande begrepp:

  • Arcusfunktioner
  • Trigonometriska ekvationer
  • Fler speglingssamband

Rekommenderat att repetera innan du börjar med det här avsnittet:

Koncept

Arcusfunktioner

Om man känner till en vinkel kan man räkna ut sinus-, cosinus- och tangensvärdet för den.

Definition av arcusfunktioner

Man kan också gå åt andra hållet och beräkna vinklar utifrån trigonometriska värden med arcusfunktionerna arcsin, arccos och arctan, som oftare skrivs som sin^(- 1), cos^(- 1) och tan^(- 1).

ccc sin & cos & tan ↓ & ↓ & ↓ arcsin & arccos & arctan

Dessa funktioner kan ses som motsatser till de trigonometriska funktionerna. T.ex. är

sin 45^(∘) = 1/sqrt(2) och sin^(-1)(1/sqrt(2)) = 45^(∘).

Viktigt att tänka på

Om man tittar på standardvinklarna ser man att flera vinklar kan ha samma sinusvärde. Till exempel är både

sin 45^(∘) = 1/sqrt(2) och sin 135^(∘) = 1/sqrt(2).

Därför kan man fråga sig varför arcsin(1/sqrt(2)) ger 45^(∘) och inte 135^(∘).

Anledningen är att varje invärde till en arcusfunktion bara ska ge ett bestämt utvärde. Därför har man valt ett särskilt intervall för varje arcusfunktion.

Värdemängder för arcusfunktioner

Detta intervall är funktionens värdemängd.

Funktion Värdemängd (grader) Värdemängd (radianer)
sin^(-1) -90^(∘)≤ v≤90^(∘) -π/2≤ v≤π/2
cos^(-1) 0^(∘)≤ v≤180^(∘) 0≤ v≤π
tan^(-1) -90^(∘) < v < 90^(∘) -π/2 < v < π/2
Exempel

Bestäm vinklarna i triangeln

Bestäm alla vinklar i triangeln ABC. Svara i radianer och avrunda till 3 decimaler.

Ledtråd

Vad är måttet i radianer av en rät vinkel? Hur kan du använda sinus och cosinus i en rätvinklig triangel för att hitta de andra vinklarna?

Lösning

Vinkeln C är markerad som en rät vinkel så den måste vara 90^(∘), vilket motsvarar

90 * π/180 = π/2 ≈ 1,571rad.

Eftersom ABC är en rätvinklig triangel kan vi använda definitionerna av de trigonometriska funktionerna för att beräkna sinus-, cosinus- eller tangensvärdet för vinklarna A och B. Vi kan t.ex. bestämma cosinusvärdet för A.

cos(A)=Närliggande katet/Hypotenusa = 36/85

När vi nu vet cosinusvärdet kan vi bestämma vinkeln A genom att använda arccos. Se till att räknaren är inställd på radianer så att vinkeln får rätt enhet.

cos^(-1)(36/85) =
= 1,133458... ≈
≈ 1,133

Nu skulle vi kunna göra på samma sätt för att bestämma den sista vinkeln, B, men det går lika bra att använda att vinkelsumman i en triangel är 180^(∘), alltså π radianer. Vi subtraherar de redan bestämda vinklarna från π, och behåller då deras exakta värden för att undvika avrundningsfel. Med hjälp av räknaren får vi att den sista vinkeln är



π - π/2 - cos^(-1)(36/85) ≈ 0,437rad.

Nu har vi bestämt alla tre vinklar i triangeln.

Koncept

Trigonometriska ekvationer

Trigonometriska ekvationer är ekvationer där den obekanta variabeln finns i argumentet till en trigonometrisk funktion, t.ex.

sin x =1/sqrt(2).

Ekvationens rötter är samtliga värden som gör att likheten är uppfylld.

Ibland får man dock ett intervall som ekvationen ska lösas på och då är det bara vissa av dessa värden som ska anges.

Att lösa trigonometriska ekvationer i ett intervall

Om intervallet motsvarar värdemängden för den arcusfunktion som behövs för att lösa ekvationen finns bara en rot: den vinkel som ges av arcusfunktionen.

Om ekvationen ovan ska lösas på intervallet -90^(∘)≤ x≤90^(∘) kommer alltså den enda roten vara

x=sin^(-1)(1/sqrt(2))=45^(∘).

För att hitta ytterligare rötter på andra intervall kan man använda trigonometriska speglingssamband.

sin v =sin(180^(∘)-v)

cos v =cos(- v)

Till exempel kan man använda det övre sambandet för att bestämma en till rot till ekvationen sin x =1/sqrt(2) på intervallet 0^(∘)≤ x≤360^(∘). Då får man även roten

x=180^(∘)-45^(∘)=135^(∘).

Med enhetscirkeln kan man se att dessa två rötter faktiskt motsvarar samma trigonometriska värde.

Exempel

Lös den trigonometriska ekvationen på intervallet

Lös ekvationen cos v = 0,5 på intervallet -180^(∘) ≤ v ≤ 180^(∘). Svara i grader.

Ledtråd

Använd enhetscirkeln för att avgöra hur många lösningar ekvationen har.

Lösning

Vi ska bestämma de vinklar på intervallet -180^(∘) ≤ v ≤ 180^(∘) som svarar mot cosinusvärdet 0,5. Med hjälp av enhetscirkeln kan vi se att det finns två sådana vinklar.

Vinkeln v_1 kan bestämmas med arccos, som ger en vinkel på intervallet 0^(∘) ≤ v ≤ 180^(∘). Vi använder räknaren för att utföra beräkningen cos^(-1)0,5. För att få svaret i rätt enhet ser vi till att ha räknaren inställd på grader.

Fil:Arcusfunktioner och speglingar Kurs 4 Discussion Lös den trigonometriska ekvationen på intervallet 0601.svg

Fil:Arcusfunktioner och speglingar Kurs 4 Discussion Lös den trigonometriska ekvationen på intervallet 0601.svg

Vinkeln v_1 är alltså 60^(∘).

Nu kan vi använda sambandet

cos v =cos(- v)

för att bestämma v_2. Sambandet säger att vinklarna v och - v har samma cosinusvärde, så vinkel v_2 måste vara -60^(∘).

Ekvationen cos v = 0,5 har alltså rötterna v=60^(∘) och v=-60^(∘) på intervallet -180^(∘) ≤ v ≤ 180^(∘).

Utforska

Symmetri hos punkterna på enhetscirkeln

Betrakta punkterna P, Q, R och S i enhetscirkeln. Dra en av punkterna och undersök sambandet mellan punkterna.

Fundera på...

  • Vilka punkter är symmetriska med avseende på x-axeln, och vilka med avseende på y-axeln?
  • Vilka samband bildas när x- och y-koordinaterna uttrycks med hjälp av trigonometriska funktioner?
Regel

Fler speglingssamband

Symmetri i enhetscirkeln kan ge oss några viktiga samband.

Genom att jämföra koordinaterna för punkterna Q, R och S med koordinaterna för punkten P, kan flera samband mellan trigonometriska värden hittas.

x-koordinaterna för punkterna P och Q är motsatta och deras y-koordinater är lika.

sin(180^(∘)-v) = sin v

cos(180^(∘)-v) = -cos v

Både x- och y-koordinaterna för punkterna P och R är motsatta.

sin(180^(∘)+v) = -sin v

cos(180^(∘)+v) = -cos v

x-koordinaterna för punkterna P och S är lika och deras y-koordinater är motsatta.

sin(- v) = -sin v

cos(- v) = cos v

Några samband vid speglingar

Dessa samband kan sammanfattas enligt följande.

sin(180^(∘)-v)=sinv

sin(180^(∘)+v)=-sinv

sin(- v) = -sinv

cos(180^(∘)-v)=-cosv

cos(180^(∘)+v)=-cosv

cos(- v) = cosv

Exempel

Bestäm punkterna med symmetri i enhetscirkeln

a

Använd att sin45^(∘)=sqrt(2)/2 för att bestämma det exakta värdet av sin(-45^(∘)).

b

Använd att sin30^(∘)=1/2 för att bestämma det exakta värdet av sin150^(∘).

c

Använd att cos30^(∘)=sqrt(3)/2 för att bestämma det exakta värdet av cos210^(∘).

Ledtråd

a

I vilken kvadrant ligger en vinkel på -45^(∘)? Hur relaterar den till 45^(∘)?

b

I vilken kvadrant ligger en vinkel på 150^(∘)? Hur relaterar den till 30^(∘)?

c

I vilken kvadrant ligger en vinkel på 210^(∘)? Hur relaterar den till 30^(∘)?

Lösning

a

Vi börjar med att skissa vinklarna 45^(∘) och -45^(∘) i koordinatplanet med hjälp av enhetscirkeln.

Observera att y-koordinaten för dessa vinklar har motsatta tecken. Eftersom sinusvärdet för 45^(∘) motsvarar dess y-koordinat, är sinus för -45^(∘) det negativa värdet av sinus för 45^(∘), det vill säga,

sin(-45^(∘)) = - sin45^(∘)= -sqrt(2)/2.

b

Börja med att skissa vinkeln 30^(∘), som ligger i första kvadranten. För att skissa vinkeln 150^(∘), observera att den kan skrivas som

150^(∘) = 180^(∘)-30^(∘),

vilket gör att vi kan rita den symmetriskt i andra kvadranten.

y-koordinaten för båda vinklarna är densamma, vilket innebär att sin150^(∘)=sin30^(∘).

sin150^(∘) =
= sin(180^(∘)-30^(∘)) =
=sin30^(∘)=
=1/2

c

För att skissa vinkeln 210^(∘) observera att vi kan skriva den som

210^(∘) = 180^(∘) + 30 ^(∘).

Detta gör att vi kan rita den symmetriskt i tredje kvadranten.

Observera att x-koordinaten för dessa vinklar har motsatta tecken.

cos210^(∘) =
= cos(180^(∘)+30^(∘)) =
= -cos30^(∘) =
= - sqrt(3)/2


Arcusfunktioner och speglingar
Uppgift 3.1
Redigera lektion
≥
>
■2
■▢
e▢
7
8
9
×
÷■1​
=
=
√▢​
▢​√
∫▢▢​
4
5
6
+
−
≤
<
log
ln
log▢​
1
2
3
()
∣
sin
cos
tan
0
.
π
x
y