3c
Kurs 3c Visa detaljer
1. Trigonometriska funktioner
Fortsätt till nästa lektion
Lektion
Övningar
Tester
Kapitel 6
1. 

Trigonometriska funktioner

Lektionen ger en omfattande översikt över trigonometriska funktioner, inklusive grundläggande begrepp som sinus, cosinus och tangens. Den förklarar hur man kan använda dessa funktioner för att lösa problem som involverar rätvinkliga trianglar, såsom att beräkna hypotenusan eller vinklarna. Sidan erbjuder också formler och metoder för att räkna ut olika delar av en triangel, som kateter och vinklar, med hjälp av trigonometri. Det finns också exempel och förklaringar som hjälper till att förstå dessa koncept. Den är användbar för studenter som vill förstå och tillämpa trigonometri i olika matematiska och verkliga sammanhang.
Visa mer expand_more
Begrepp Modellering Problemlösning Procedur Resonemang och Kommunikation
Inställningar & verktyg för lektion
8 sidor teori
15 Uppgifter - Nivå 1 - 3
Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet.
Trigonometriska funktioner
Sida av 8

I den här lektionen går vi igenom följande begrepp:

  • Sinus
  • Cosinus
  • Tangens
  • Arcsinus
  • Arccosinus
  • Arctangens
Regel

Trigonometriska funktioner

För att koppla samman vinklar med sidor i rätvinkliga trianglar använder man trigonometriska funktioner. Dessa beror på en vinkel i triangeln och anger ett förhållande mellan längderna på två av triangelns sidor, antingen mellan de två kateterna eller mellan en katet och hypotenusan. Vilken katet som är motstående respektive närliggande beror på vilken vinkel man utgår från.
Med hjälp av kateterna och hypotenusan kan man för en vinkel v definiera olika trigonometriska funktioner. Tre av de mest använda är sinus, cosinus och tangens, vilka definieras på följande sätt.


sin(v)=Motstående katet/Hypotenusa

cos(v)=Närliggande katet/Hypotenusa

tan(v)=Motstående katet/Närliggande katet

De trigonometriska funktionerna säger inte något om de individuella sidlängderna utan enbart något om förhållandet mellan dem. Om man exempelvis vet att sinusvärdet för en vinkel är 0,5 betyder det att den motstående sidan är hälften så lång som hypotenusan. Om man känner till en av sidorna och någon av de spetsiga vinklarna i triangeln kan man använda dem för att bestämma resten av sidorna. För att bestämma vinklar baserat på sidor använder man istället arcusfunktionerna.
Exempel

Bestäm trigonometriskt värde med triangeln

Använd triangeln för att bestämma cos(30^(∘)).

Ledtråd

Börja med att hitta den saknade vinkeln i den givna triangeln. Använd sedan Pythagoras sats för att hitta den saknade sidan.

Lösning

Ingen av de två markerade vinklarna är 30^(∘), men eftersom en triangelns vinkelsumma är 180^(∘) måste toppvinkeln, som vi kallar v, vara det: 90^(∘)+60^(∘)+v=180^(∘) ⇔ v=30^(∘). Cosinus för en vinkel är definierat som närliggande katet dividerat med hypotenusan, så vi måste ta reda på denna katet. Vi kallar den a och beräknar längden med Pythagoras sats.
a^2+b^2=c^2
a^2+ 1^2= 2^2
a^2+1=4
a^2=3
a=±sqrt(3)

a > 0

a=sqrt(3)
Närliggande katet är alltså sqrt(3) och toppvinkeln 30^(∘).

Nu kan vi bestämma cos(30^(∘)). cos(30^(∘))=Närliggande katet/Hypotenusa=sqrt(3)/2 Det exakta värdet för cos(30^(∘)) är alltså sqrt(3)2. Genom att använda räknarens verktyg för cosinus får vi reda på att det är ungefär lika med 0,87.

Regel

Standardvinklar i rätvinkliga trianglar

Många trigonometriska värden är irrationella och kan vara omständliga att räkna med, exempelvis följande. &cos(30^(∘))=0,86602 ... [0.6em] &sin(45^(∘))=0,70710 ... [0.6em] &tan(60^(∘))=1,73205 ... Dessa vinklar är några av de så kallade standardvinklarna, för vilka man kan ta fram exakta värden och därmed göra beräkningar mer kortfattade.

Vinkel v 30^(∘) 45^(∘) 60^(∘)
sin(v) 1/2 1/sqrt(2) sqrt(3)/2
cos(v) sqrt(3)/2 1/sqrt(2) 1/2
tan(v) 1/sqrt(3) 1 sqrt(3)

Värdena i tabellen finns på formelbladet, men man kan förstå varifrån de kommer med hjälp av två typer av rätvinkliga trianglar. Den ena är en likbent triangel med hypotenusan 1 (grön) och den andra en liksidig triangel med sidan 1, som halverats (blå).

Härledning

Vinklar och sidor i den likbenta och halva liksidiga triangeln

För att ta fram vinklar och sidor i den gröna triangeln utgår man från en rätvinklig, likbent triangel där hypotenusan är 1 le. Eftersom triangeln är rätvinklig och likbent blir de övriga vinklarna i triangeln 45^(∘) vardera.

Katetlängderna är som sagt lika långa så genom att kalla dem båda för x kan man beräkna deras längd med Pythagoras sats.
a^2+b^2=c^2
x^2+x^2=1^2
2x^2=1
x^2=1/2
x=±sqrt(1/2)

x > 0

x=sqrt(1/2)
x=1/sqrt(2)
Nu kan vi komplettera triangeln med dess katetlängder.

Den blå triangeln får man genom att dela en liksidig triangel med sidan 1 på mitten, vinkelrätt mot t.ex. basen. Eftersom ursprungstriangeln är liksidig är alla dess vinklar 60^(∘), och den halva triangeln får därför toppvinkeln 30^(∘). Basen halveras och får längden 12.

Höjden, h, kan beräknas med Pythagoras sats.

a^2+b^2=c^2
h^2+(1/2)^2=1^2
h^2+1/4=1
h^2=1-1/4
h^2=4/4-1/4
h^2=3/4
h=± sqrt(3/4)

h > 0

h=sqrt(3/4)
h=sqrt(3)/2

Höjden i den blå triangeln är alltså sqrt(3)2.

Eftersom man nu har härlett varför trianglarna ser ut som de gör kan de användas för att motivera specifika trigonometriska värden.

Regel

Vinkeln 30^(∘)

För standardvinkeln 30^(∘) används den halva liksidiga triangeln.

Med definitionerna för sinus, cosinus och tangens kan man härleda de exakta trigonometriska värdena.

Härledning

sin(30^(∘))=1/2

Sinus definieras i en rätvinklig triangel som motstående katet dividerat med hypotenusan: sin(30^(∘))=Motstående/Hypotenusan=1/2/1=1/2.

Härledning

cos(30^(∘))=sqrt(3)/2

Cosinusvärdet bestäms genom att dividera den närliggande kateten med hypotenusan: cos(30^(∘))=Närliggande/Hypotenusan=sqrt(3)/2/1=sqrt(3)/2.

Härledning

tan(30^(∘))=1/sqrt(3)

Tangens beräknas genom att dividera motstående kateten med den närliggande: tan(30^(∘))=Motstående/Närliggande=1/2/sqrt(3)/2=1/sqrt(3).

Regel

Vinkeln 45^(∘)

För att härleda de exakta trigonometriska värdena för 45^(∘) används istället den likbenta triangeln.

Det spelar ingen roll vilken av 45^(∘)-vinklarna man utgår ifrån.

Härledning

sin(45^(∘))=1/sqrt(2)

I en rätvinklig triangel definieras sinus som motstående katet dividerat med hypotenusan: sin(45^(∘))=Motstående/Hypotenusan=1/sqrt(2)/1=1/sqrt(2).

Härledning

cos(45^(∘))=1/sqrt(2)

Cosinusvärdet bestäms genom att dividera den närliggande kateten med hypotenusan: cos(45^(∘))=Närliggande/Hypotenusan=1/sqrt(2)/1=1/sqrt(2).

Härledning

tan(45^(∘))=1

Tangens beräknas genom att dividera motstående kateten med den närliggande: tan(45^(∘))=Motstående/Närliggande=1/sqrt(2)/1/sqrt(2)=1.

Regel

Vinkeln 60^(∘)

För att ta fram de trigonometriska värdena för 60^(∘) använder man ännu en gång den halva liksidiga triangeln.

Härledningarna liknar de för 30^(∘)-vinkeln. För sinus och cosinus är de identiska fast omvända, dvs. sin(30^(∘))=cos(60^(∘)) och cos(30^(∘))=sin(60^(∘)).

Härledning

sin(60^(∘))=sqrt(3)/2

Sinus definieras i en rätvinklig triangel som motstående katet dividerat med hypotenusan: sin(60^(∘))=Motstående/Hypotenusan=sqrt(3)/2/1=sqrt(3)/2.

Härledning

cos(60^(∘))=1/2

Cosinusvärdet bestäms genom att dividera den närliggande kateten med hypotenusan: cos(60^(∘))=Närliggande/Hypotenusan=1/2/1=1/2.

Härledning

tan(60^(∘))=sqrt(3)

Tangens beräknas genom att dividera motstående kateten med den närliggande: tan(60^(∘))=Motstående/Närliggande=sqrt(3)/2/1/2=sqrt(3).

Exempel

Hitta det exakta värdet av de trigonometriska funktionerna

Använd en lämplig triangel för att hitta det exakta värdet av sin30^(∘), cos30^(∘), och tan30^(∘).

Ledtråd

Överväg att använda hälften av en liksidig triangel.

Lösning

En liksidig triangel av vilken storlek som helst kan användas för att hitta de efterfrågade värdena. De inre vinklarna i triangeln mäter alla 60^(∘). För enkelhetens skull, välj en triangel vars sidor alla mäter 1 enhet.

Denna triangel kan delas i två med en bisektris, vilket resulterar i två likadana rätvinkliga trianglar. Här behöver vi bara fokusera på en sida.

En katet i denna triangel mäter 12, och hypotenusan mäter 1. Hitta längden på den saknade kateten med hjälp av Pythagoras sats.
a^2+b^2=c^2
( 1/2)^2+x^2= 1^2
Lös ut x
1/4 + x^2 = 1
x^2 = 1-1/4
x^2 = 4/4 - 1/4
x^2 = 4-1/4
x^2 = 3/4
x = sqrt(3/4)
x = sqrt(3)/sqrt(4)
x = sqrt(3)/2
Den exakta längden på den saknade kateten är sqrt(3)2.
Med vinkeln 30^(∘) som referens mäter den närliggande kateten sqrt(3)2, den motstående kateten 12, och hypotenusan 1. Detta är tillräcklig information för att hitta de efterfrågade värdena.
sin(v)=Motstående katet/Hypotenusa
sin30^(∘) = 12/1
sin30^(∘) = 1/2
Hitta cos30^(∘) på ett liknande sätt.
cos(v)=Närliggande katet/Hypotenusa
cos30^(∘) = sqrt(3)2/1
cos30^(∘) = sqrt(3)/2
Slutligen, hitta tan30^(∘).
tan(v)=Motstående katet/Närliggande katet
tan30^(∘) = 12/sqrt(3)2
tan30^(∘) = 1/2 * 2/sqrt(3)
tan30^(∘) = 1/sqrt(3)
Med denna kunskap kan värdena nu paras ihop. sin30^(∘) &= 1/2 [0.8em] cos30^(∘) &= sqrt(3)/2 [0.8em] tan30^(∘) &= 1/sqrt(3)
Regel

Arcusfunktioner

Om man känner till förhållandet mellan två sidor i en rätvinklig triangel, dvs. sinus-, cosinus- eller tangensvärdet för en vinkel, kan man använda arcusfunktionerna för att beräkna denna vinkel. En vanlig arcusfunktion är arcussinus (arcsin), vilken kan ses som motsats till sinus.

På samma sätt är arcuscosinus (arccos) motsats till cosinus och arcustangens (arctan) motsats till tangens.

Man kan alltså gå fram och tillbaka mellan en vinkel och motsvarande tangens-, sinus- och cosinusvärde. Detta illustreras nedan med några cosinusvärden.
I vissa fall, bland annat på flera räknare, skrivs arcusfunktionerna tan^(-1), sin^(-1) och cos^(-1). Dessa ska alltså inte tolkas som potenser.

Villkor

Vinklar

Det finns oändligt många vinklar med samma sinus-, cosinus- eller tangensvärde. Man måste därför välja vilken som ska returneras då värdet sätts in i motsvarande arcusfunktion. För arccos, arcsin och arctan gäller följande intervall.

  • arccos ger en vinkel v inom 0^(∘) ≤ v ≤ 180^(∘)
  • arcsin ger en vinkel v inom - 90^(∘) ≤ v ≤ 90^(∘)
  • arctan ger en vinkel v inom - 90^(∘) < v < 90^(∘)

Man kan jämföra detta problem med när man drar kvadratroten ur ett tal, där man har valt att definiera sqrt(4) som 2 och inte -2.

Exempel

Hitta vinkeln med hjälp av arcusfunktioner

Betrakta följande rätvinkliga triangel.

Hitta vinkeln v. Avrunda svaret till 1 decimal.

Ledtråd

Ta reda på vilken trigonometrisk funktion som relaterar de kända sidorna med vinkeln v som referens. Använd dess motsvarande arcusfunktion.

Lösning

Den givna rätvinkliga triangeln visar måtten på båda sina kateter.

Med vinkeln v som referens mäter den motstående kateten 19 cm, och den närliggande kateten 25 cm. Tangensfunktionen relaterar dessa kateter. tan(v)=Motstående katet/Närliggande katet Ersätt de kända värdena och använd den inversa tangensfunktionen, tan^(-1).
tan(v)=Motstående katet/Närliggande katet
tanv = 19/25
v = tan^(-1)( 19/25 )
v = 37,234833...^(∘)
v ≈ 37,2^(∘)
Vinkeln v är ungefär 37,2^(∘).
Övning

Träna på att bestämma vinklar med hjälp av arcusfunktioner

I varje av de följande rätvinkliga trianglarna är två sidor givna. Använd ett passande arcusfunktioner för att bestämma m∠ θ. Avrunda ditt svar till närmaste grad.

Applet som genererar en rätvinklig triangel med några okända mått.
Trigonometriska funktioner
Övningar
>
2
e
7
8
9
×
÷1
=
=
4
5
6
+
<
log
ln
log
1
2
3
()
sin
cos
tan
0
.
π
x
y