Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Калнин Р.А. Алгебра и элементарные функции учебник для средних специальных учебных заведений

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.72 Mб
Скачать

..

г,

 

(

п

 

п

функция

sin л:

возра­

4)

В промежутке (

— — ,

у

стает,

изменяясь

от

— 1

до

+

1 ;

в промежутке

( у

 

Зя

 

~2

функция sinx убывает от 1

до

—-1 .

 

 

 

 

значения

при

5)

Функция

достигает

наибольшего

х = у ,

у + Зл,

у + 4я,

 

— + 2я&, где k — любое це­

лое число, положительное,

отрицательное

и

0 ;

в этих

точках

синус равен

1 .

 

наименьшее

значение,

равное

6 )

Синус

принимает

— 1, при к — — Y , —у + 2л,. —у + 4л,

. . . ,

и вообще

прих = —у + 2 я&.

7)Функция обращается в нуль при х = ... —Зя, —2я

— я, 0 ,

я, 2 л,

. . . , и вообще при x — nk(k = 0,

± 1 ,

± 2 , ..

. ).

функции y = sіпх, легко получить

гра­

Зная

график

фик функции y = cosx. Воспользуемся формулой

cosx= sin ^x + y j ,

которая справедлива при любом действительном х. Из этой .формулы следует, что вместо значения косинуса

в точке X можно взять значение синуса в точке х + у ,

т. е. что графиком функции у = cosx будет синусоида,

передвинутая вдоль оси Ох на у влево (см. рис. 90)*).

Из графика устанавливаем следующие свойства коси­ нуса.

*) Подробнее о преобразовании синусоиды см. в § 138.

1) Функция cos л: определена на всей числовой оси, так как каждому действительному числу х, принимае­ мому за радианную меру угла, соответствует вполне определенное значение косинуса.

2) Множество значений функции заполняет отрезок

3)cos X—четная функция, так как cos(—x) = cosx\ график симметричен относительно оси Оу.

4)Функция cos л: убывает в промежутке (0, я), изме­ няясь от 1 до — 1 ; в промежутке ( —я, 0 ) функция воз­

растает от

1

до

+

1 .

 

равное

1,

cosx

достигает

5) Наибольшее

значение,

при

х = 0,

2я,

4я,

. . . , 2я/г; наименьшее

значение, рав­

ное

— 1,

функция

принимает в точках

я, Зя, 5я, ...

. . . ,

{2k -j- 1 ) я,

k 0 ,

Ч; 1 ,

і

2 , ...

если аргумент х =

6 ) Функция

обращается

 

в нуль,

= f

(2k + 1 ), k = 0,

±

1 , ±

 

2 , . . .

у — tgx и

y = ctg х. На

 

2 .

Г р а ф и к и

ф у н к ц и й

рис. 91 изображен

график

функции

у tgx,

построен­

ÿ

Рис. 91.

Рис. 92.

ный тем же способом, что и график функции у = sin х. Свойства функции igx:

1)Тангенс— периодическая функция с периодом, равным я.

2)Функция определена на всей числовой оси, за

3) tg x —неограниченная функция, так как может принимать какие угодно большие по абсолютной вели­

чине значения.

нечетная,

ибо

-tg (—л:) == — tgx;

симмет­

4)

Функция

рия относительно

начала

координат

отражена

на

гра­

фике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

tgx

возрастает в промежутках

nk —■< х < у

+

nk.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тангенс

не

6 ) Наибольшего и наименьшего значений

имеет.

Функция

обращается

в

нуль

при

x —nk

(k =

7)

= 0; dz 1 ;

dz 2;

. . . ).

график

функции у — Сtgx,

 

ко­

На

рис.

92 изображен

 

торый

может быть

построен

сдвигом

графика

функции

ÿ = t g x влево вдоль оси Ох на

у

с последующим отра­

жением относительно оси Ох, согласно формуле

ctg X — tg (* + у ) •

Постройте самостоятельно этот график и сформулируйте на его основе свойства котангенса.

Уп р а ж н е н и я

1.Выразить в радианах величину того угла, который образуют

стрелки часов, когда они показывают 2 ч.,

6 ч., 8 ч.

2.

Найти

радианную меру углов:

 

 

7) 320°.

1) 2°;

2)

5°; 3) 7°,5; 4) 12°,5; 5) 22°,5; 6) 200°;

3.

Найти

радианную

меру углов:

 

 

 

1) 2700°;

2)

7200°;

3)

10 000°.

 

 

 

 

4.

Выразить в градусах и минутах величины дуг, радианная

мера которых

выражается числами:

 

л

л

,,

2л:

 

 

 

Зл

Зл

л

 

^ "З ’

 

 

 

Т ’

3)

у > 4) Зя> 5) ~8

; 6) Ts ; 7) Jo •

5.

Два.угла

 

треугольника содержат

 

59°

и 69°. Вычислитьв

дианах величину третьего угла треугольника.

 

 

с

тт

угла

треугольника

содержат

Зл

рад и

6. Два

 

у^рад. Вычис­

лить, сколько градусов содержится в третьем угле.

7. Дуги

составляют следующие части окружности: 4 - ;

J-.

JL

11

 

5

12

6

; 1;

1,75; 0,03; 0,005; 0,375.

 

 

5 ’ 15

 

 

Какоза радианная мера каждой из этих дуг?

 

 

8.

Дуга

окружности

радиуса

R — 6 см

имеет

длину,

 

равную

4,5 см. Какова

радианная

мера этой дуги?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Пользуясь таблицей, перевести в радианную меру углы:

7)

 

і)

126°;

2)

279°;

3)

118°40';

4)

250°20';

5)

352°10';

6)

 

168°15';

56°18';

8)

472°50'.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Пользуясь таблицей, перевести в градусную меру углы:

7)

 

1)

0,4800;

2)

0,6510;

3)

1,2700;

4)

0,6270;

5)

1,3983;

6)

0,0099;

0,5000;

8)

2,6400.

 

 

 

 

 

 

 

 

ее радиус равен 22,5 см

 

 

11.

Найти длину дуги окружности, если

и ее центральный угол равен 40°30'.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.

Дуга окружности содержит 200°. Определить радиус окруж­

ности,

если длина дуги равна

50 см.

 

 

 

 

 

 

радиус

которого

 

 

13.

Найти периметр и площадь сектора круга,

равен 15 см,

если дуга

содержит

54°.

 

сегмента,

ограниченного ду­

гой

14.

Вычислить площадь

кругового

в 45°44', зная, что радиус круга

равен

47,34 м.

 

в радианах

угол

15.

Зубчатое

колесо

имеет

90

зубцов.

Выразить

поворота

 

колеса,

когда

оно

повернется

 

на:

1)

30 зубцов;

2) 25 зубцов; 3) 40 зубцов; 4) 200 зубцов.

диск

 

при

300

оборотах

 

 

16.

Какую

 

угловую

скорость

имеет

 

вминуту?

17.Угловая скорость вала 42,3 с-1 . Определить число его обо­ ротов в минуту.

18.Непосредственным построением и измерением в единичном

круге (/? =

1) найти

следующие величины:

1) sin

120°; 2)

ctg 60°; 3) cos 75°; 4) tg 250°; 5) sin 225°;

6)cos 160°.

19.(Устно). Может ли функция cos х иметь по абсолютной ве­ личине значение больше единицы?

20.(Устно.) В каких четвертях sin х и cos х имеют одинаковые

знаки?

21. Доказать неравенство s in x + c o s x

>

1; 0 < х <

90°.

22. Определить знаки следующих выражений:

 

1) sin 285°; 2) ctg252°30'; 3) cos 135°;

4)

tg327°20'.

по заданному

23. Построить наименьший положительный угол

значению тригонометрической функции

и

выразить угол в радиан-

ной мере:

 

 

 

 

 

 

9

cos х = — 0,6; 3)

tg лг= 1,2; 4)

sin д:==— 0,7;

1) s in x = — ; 2)

5) tg x = — 0,6.

 

 

 

 

 

 

24. В каких границах может изменяться

аргумент х, чтобы были

справедливы следующие неравенства (

0

 

2я):

 

1) sin я — у ^ г О ;

2)

У - -[-sin х < 0 ;

3)

cosx —-^ -< 0 ;

4) tg x — І ^ З ^ О ;

5)

Ѵ з tg x~r 1 < 0; 6) ctg x + 1 ^ 0 .

25. По данному значению одной из тригонометрических функ­ ций вычислить значения остальных трех функций:

1) sin а = — 0,6 ( я < а < Зл

2) cos а =

 

2

У

— л < а < 2я

 

 

53

3) t g а = у ; 4) ctg а==— 2(90° <

а < 180°).

 

 

 

26.

Упростить выражения:

 

2)

a sin я +

Ь cos я +

tg я;

 

1) 5 sin 270°—2 cos 0° + 3 tg 0°;

3 ) m cosiL _ „ c o s J - n +

p s in - jn ; 4)

2 tg 0° + 8 cos 270° —6 sin 270°.

 

27. Привести тригонометрические

функции следующих

углов к

соответствующим функциям острых углов:

 

 

5)

cos 315°

 

1)

sin 165°;

2)

cos 210°;

3) tg 135°;

4) ctg 240°;

 

6)

 

 

 

c

 

c

 

7

 

8

 

tg 200°; 7) sin-^-я;

8) cos-yit;

9) tg-g-я;

10) ctg у

я.

 

28.

Привести

тригонометрические

функции отрицательного аргу­

мента к функциям положительного аргумента:

 

 

ctg(3,2n);

 

1)

sin (—300°);

2)

coi (—400°);

3)

tg (—960°); 4)

5)

sin

(—5,4я); 6) tg (—2,3я);

7) cos (—1250°); 8)

ctg (—4,3л).

 

29.

Упростить следующие выражения:

 

 

 

 

1)ctg 675° cosec 280°—tg 1845° sin 460°;

2)cos X tg (180°+x) tg (270°—x) cosec (90°—x);

Sin(n - * ) t g

( x - ^ - J

. ЗЯ

3 ) .

Л -------

; 4) sm -уд cos — ;

cos — + x lc tg ( n - x )

5)sin 0,6я + cos2 (— 1,1я) sin 1,6я;

6)cos (— 7,9я) tg (— 1, Ія) —sin 5,6я ctg 4,4я;

7)

sin (Л —я) cos (Л —2я) tg f — л — А J cosec (5,5я + Л );

8)

sin2 (5я +

0,5) +

sin2 ( 0,5 - у

я

Sin I

9)

sin

.

.

5

 

 

 

S in

YT я - -cos -

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

10)

sin 170° cos280° —sin 260° cos

i0o-

| +

S1-.n ' ^ ° C°S

'

 

 

 

 

 

1 +

sin 350° sin 180°

11) tg (90° + B) + ctg (270°— B)-—tg (180°— В)+ ctg В;

12)ctg (x—90°) [sin (x—270°)— sin (180°—x)].

30.Доказать справедливость следующих равенств:

,,

sin a

1 + c o s a

m

 

1

l+ c tg 2a

 

 

sin а

sin2 a'— cos2 а

1 —ctg2 а ’

 

sin* а .

cos2 а

sin a

cos a;

 

 

1 + ctga~r

1+ tg a

 

 

 

 

 

 

4)

sin4 а +

cos2 а +

sin2 a cos2 а =

1;

l + tg4a

5)

ctg2 а —cos2 а = cos2 a -ctg2 а;

6)

tg2 a +

ctg2 а = t g 3 a ;

7)sin (Л —30°) + sin (Л,+ 150°) — 0;

8)cos(ß — 100°)=— sin(170° + ß);

9) у f 1— sin a

^ /^ 1 + sin a

= 2 sec а 0 < а < - y

1 + sin а

1 —-sin а

 

10) sin а (2 cosec a + ctg a) (cosec а —2 ctg a) = 2 sin а —3 ctg a;

1 1 ) 1 - 1 COS X t g 2 X : sec x;

1 + COS X

12)

2 (sin0 Л-)-cos0 Л)—3 (sin4 Л-)-соз4)+ 1 = 0 ;

13)

(sin у -)-cosec y)a-)-(cos y + sec y)i —(tg2 ÿ + ctg2 y ) ~7 ;

14)

sin9 Л + cos° Л + 3 sin2 Л cos2 Л = 1.

31. Исходя из наглядного представления об изменениях триго­ нометрических функций в пределах первой окружности ( 0 < х < 2я), решите следующие неравенства, пользуясь тригонометрическим кругом (л = 1):

 

1) sin X > 0;

2) cos х <

0;

3) sin 2х <

0;

4)

cos Зх > 0;

 

5)

t g x > У 3;

6)

sin X^

у

;

7) cos 2х <

 

-

; 8)

0 < sin х <

;

9)

< cos X <

1;

10) 0 <

t g x < - ^ p ;

11)

0 <

sin

< y î

12)

1sin X I < ÿ ;

 

13) Y

<

cos ^x —

<

1;

14) ] cos 2x| <

.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ВЫРАЖЕНИЙ

§114. Косинус и синус суммы (разности) двух углов.

Впрямоугольной системе координат хОу проведем луч ON

под углом а к оси Ох, а луч ОР —под углом ß к лучу ON (рис. 93). На луче ОР построим

ÿp .

м/

f \ \

/

1

\

/

1

\

единичный вектор ОМ; из точки М опустим перпендикуляр ММ,

/

* /

 

ОМ = ОМ, + М,М.

( 1 )

/* y \G C + j3

 

Если

 

ОМ, — {лу, у,},

 

/ / \ c c

\ 1

 

/ / V

\ 1

 

 

0

 

?

Л?

М^М = {х2, у2},

 

 

Рис.

93.

 

то

 

 

 

ОМ = {х, -\-хг, у,-\-у2],

 

 

 

 

что следует

из равенства (1) по теореме из § 90. Поэтому

 

 

cos(a + ß) = -^ii^- = x1 +A:a

(2)

Но

 

 

 

I ОМ !

 

 

 

 

 

\

 

 

 

X, = I ОМ, I cos а,

х2 = I

 

 

 

(3 )

М,М I cos (90^-f-a) = — J ATjAf | sin oc. J

Следовательно,

 

 

 

 

cos (a -f ß) = I OM, ) cos а —| M,M | sina.

(4)

Но так

как

| ОМ, \ — 1

-cos ß, | M^M | = 1 -sin ß,

то окон­

чательно имеем:

 

 

 

(I)

cos (a -f ß) =

cos a -cos ß —sin a . sin ß.

 

Косинус суммы двух углов равен произведению коси­ нусов этих углов минус произведение синусов тех же углов.

П р и м е р , cos 75° = cos_(30° + 45°) = cos 30° • cos 45° —

— sin30°-sin 45°

Y з

Y 2

1

Y 2

Y 6 — Y 2 _

2

'

2

2 '

2

: 4

~

« 0,2588. .

 

 

 

 

 

 

 

Найдем формулу для синуса суммы двух углов:

 

 

 

 

I

 

 

 

 

s in (a +

ß) =

4 — -!= Уі+Уг,

 

(5)

|ОЛ41

но ух= 1ХI sin а, у2= I MJH | sin (90э -ß а) = | ЛДЛ4 | cos а, a потому

sin (а -ß ß)

1 ÖAlj j sin а 4 - 1 МХМ | cos а.

(6 )

Заменяя в равенстве (6 ) | 0М Х| на cos ß и j МХМ |

на

sin ß, окончательно

имеем:

 

(II)sin (а -ß ß) = sin а -cos ß -ß cos а -sin ß.

Синус суммы двух углов равен произведению синуса первого угла на косинус второго плюс произведение коси­

нуса первого угла на синус

второго.

 

 

 

 

Пр и м е р .

Дано:

 

 

 

3

 

 

1

где а — угол

sincx = -^-,

cosß = y ,

во второй

четверти,

ß —острый

угол. Найти

sin(a-ßß).

Находим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,/Д

9~

 

Y 7

 

О

,

1

 

Г

cosa = — | /

1

- jg = —

 

 

; s i nß=

у

9- = - L3— >

Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin (a 4 - ß) = sin a cos ß cos a sin ß =

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1

Y 7

Y ' 8

 

3— 2 >^І4

 

 

 

 

~ 4

 

' 3

4

"

3

~

!2

П р и м е ч а н и е . Формулы (I) и (II) справедливы при любых значениях углов а и ß, так как они основываются на двух теоремах о проекциях вектора и векторной суммы на ось, а эти теоремы имеют место при любом располо­ жении векторов относительно оси.

Разность двух углов можно представить в виде суммы:

a — ß — a -ß (— ß),

а потому

cos (а—ß) = cos [а -f (— ß)] =

=cos а cos (— ß) —sin а sin (— ß),

(III)cos (а— ß) = cos а cos ß + sin а sin ß.

Косинус разности двух углов равен произведению коси­ нусов этих углов плюс произведение синусов тех же углов.

-П р и м е р .

cos 15° = cos (45° —30°) = cos 45°cos 30° + sin 45° sin 30°,

cos 15°

Y 2 Y 3

 

Y 2 I _ _ Y b + V 2

0,966.

2

2

1

2

2

4

 

 

Подобным образом можно получить формулу для си­ нуса разности двух углов:

sin (а— ß) = sin [а + (— ß)] =

= sin а cos (— ß) + cos а sin (— ß),

(IV) sin (а —ß) = sin aco sß —cosasin ß.

Синус разности двух углов равен произведению синуса первого угла на косинус второго минус произведение коси­ нуса первого угла на синус второго.

Пр и м е р .

sin 15° = sin (60° —45°) — sin 60°-cos45° — sin 45°-cos60° =

Y 3 Y 2

Y 2 i

Y 6— Y 2

0,2588.

2 * 2

2 ‘ 2 —

4 ■

 

§ 115. Скалярное произведение двух векторов, выра­ женное через их координаты. Обычно векторы задают при помощи их координат (или проекциями на оси, что одно и то же). Поэтому практично выразить скалярное произведение двух векторов через их координаты.

Пусть вектор ОА = г1 = {х1, ух) образует с осью Ох

угол

<pj, вектор OB —г 2 = {х2,

у2\ образует

с осью

Ох

угол

ср2 (рис. 94). Тогда угол <р

между векторами равен

разности ф= ф2 —ф1.

произведения

имеем:

 

По определению скалярного

 

 

Гі ■Г2= ГК г cos Ф = ГК 2COS 2 — ф1) .

 

( 1 )

Равенство (1) перепишем в виде

 

 

Г, • Г 2 = rxr2(cos фх COS ф2 + sin ф! sin ф2) =

 

 

 

= гг COS Ф1 г2COS ф2 + rx sin Ф1 r2sin ф2.

(2)

Из определения тригонометрических функций следует, что

/^coscp^x^

 

r2 cos фа = х2;

 

 

 

 

 

 

гj sin

= yt]

 

r2sin cp2 = y2,

от­

 

ÿ

 

 

 

 

куда

r 1-r2= x1-x2 + y1-y2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Скалярное

произведение двух

 

 

 

 

 

 

векторов равно сумме произведе­

 

 

 

 

 

 

ний

их одноименных координат.

 

 

 

 

 

 

П р и м е р

 

1 .

Вычислить

 

 

 

 

 

 

скалярное

произведение

 

век­

 

 

 

 

 

 

тора

AB

на

вектор

CD,

 

если

 

ß

 

 

 

 

А (2; 5),

В (4; 3),

С (—5;

—1) и

 

 

 

 

 

 

D (—1; 2). Находим координаты

 

 

 

 

 

 

каждого

вектора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВ = {хв — хА, yR~ y A}\

 

~АВ = {2,

—2};

с Ь = {4,

3};

 

 

 

 

 

ÄB ■CD = 2• 4 + (—2) -3 = 2.

 

 

П р и м е р

2.

Определить

координату

у вектора

а = {3, у] таким образом,

чтобы векторы fl и ô = {4, —2}

были

перпендикулярны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так

как

 

а 1

Ь ,

то

<р = -^-; cos-^- = 0,

а потому ска­

лярное произведение

обратится

в нуль,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а • ô = 3 • 4 +

г/ (—2) = 0.

 

 

 

Следовательно, у = 6 .

 

 

 

примере

использовалось

П р и м е ч а н и е .

В этом

 

следующее

важное

свойство

скалярного

произведения:

из

перпендикулярности

векторов

а

и

Ь

следует,

что

а-Ь = 0.

Верно

и обратное:

из

обращения скалярного

произведения

в нуль следует, что a _Lb, если ни один из

векторов

а

или b не является

нуль-вектором.

 

§ 116. Тангенс суммы и разности двух углов. Рас­ смотримтангенс любого угла как частное от деления

синуса

этого угла

на

его косинус:I

 

 

I

й\

sin(a +

ß)

sin а - cos ß-f- cos a - sin ß

 

°

'

' '

cos (a -f- ß)

cos а • cos ß — sin а • sin ß

 

 

 

 

 

 

sin а - cos ß ,

cos а - sin ß

 

 

 

 

 

_

cos а -cos ß '" cos а -cos ß

tg a - j- tg ß

 

 

 

 

 

cosa-cosß

s i na - si nß

1 — t g a - t g ß ’

 

 

 

 

 

cos а • cos ß

cosa-cosß

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ