Trójkąt i trygonometria
Matematyka · Dział 07 · Trygonometria

Trójkąt prostokątny i funkcje trygonometryczne

Od trzech boków do sinusa, cosinusa i tangensa. Krok po kroku, na małych liczbach, tak żebyś na sprawdzianie wiedział, co liczysz i dlaczego.

ok. 40 min · potrzebne: potęgi, pierwiastki, ułamki · 6 rozdziałów, 33 kroki

00 · Zanim zaczniesz

Drabina ma 5 m. Stawiasz ją tak, że z ziemią tworzy kąt 60°. Jak wysoko sięga?

Nie licz, zgadnij. Zapamiętaj swój wybór, wrócimy do niego w rozdziale 04.

Wybierz jedną odpowiedź.

Poznaj trójkąt prostokątny

Jeden kąt prosty, trzy boki z nazwami i twierdzenie, które je łączy.

Krok 1 / 6

Znajdź kąt prosty

Trójkąt prostokątny ma jeden kąt równy 90°. Na rysunku oznacza się go małym kwadracikiem, tutaj przy wierzchołku C. W każdym zadaniu zaczynaj od znalezienia tego kwadracika. Od niego zależą nazwy wszystkich boków, a bez nazw nie użyjesz żadnego wzoru z tego działu.

Krok 2 / 6

Wskaż przeciwprostokątną

Bok, który nie dotyka kąta prostego, to przeciwprostokątna. U nas to AB, oznaczamy ją literą c. Jest zawsze najdłuższym bokiem trójkąta. To dobry test: jeśli wyszła ci krótsza niż inny bok, w obliczeniach jest błąd.

PojęciePrzeciwprostokątna leży naprzeciw kąta prostego. Każdy trójkąt prostokątny ma dokładnie jedną.
Krok 3 / 6

Nazwij przyprostokątne

Dwa pozostałe boki, te które tworzą kąt prosty, to przyprostokątne. Oznaczamy je a i b. Łatwo zapamiętać: przyprostokątne są „przy” kącie prostym, przeciwprostokątna jest „przeciw” niemu.

Krok 4 / 6

Policz kratki Pitagorasa

Zbuduj kwadrat na każdym boku. Przyprostokątne 3 i 4 dają kwadraty z 9 i 16 kratkami. Kwadrat na przeciwprostokątnej 5 ma 25 kratek, czyli tyle, ile dwa mniejsze razem. To twierdzenie Pitagorasa:

a² + b² = c²  ·  3² + 4² = 9 + 16 = 25 = 5²
Krok 5 / 6

Odejmuj, gdy brakuje przyprostokątnej

Gdy znasz przeciwprostokątną i szukasz przyprostokątnej, przenosisz kwadrat na drugą stronę i odejmujesz. Dla a = 6 i c = 10:

b² = c² − a² = 100 − 36 = 64  →  b = 8
UwagaNajczęstszy błąd to dodanie: 36 + 100 = 136, b ≈ 11,7. Taki bok byłby dłuższy niż przeciwprostokątna, a to niemożliwe. Gdy wynik przekracza c, wiesz od razu, że trzeba było odjąć.
Krok 6 / 6

Dodaj kąty ostre

Pozostałe dwa kąty, α przy A i β przy B, są ostre. Suma kątów w trójkącie to 180°, a 90° zabrał kąt prosty. Zostaje α + β = 90°. Jeśli α = 30°, to β = 60°, bez żadnego dalszego liczenia.

Nazwij boki od kąta

Przeciwległa i przyległa zależą od tego, z którego kąta patrzysz.

Krok 1 / 5

Stań w kącie α

Teraz wybieramy jeden kąt ostry i patrzymy na trójkąt z jego miejsca. Zaznaczony jest kąt α przy wierzchołku A. Przeciwprostokątna zostaje przeciwprostokątną zawsze, ale obie przyprostokątne dostaną nazwy zależne od α.

Krok 2 / 5

Spójrz na drugą stronę

Przyprostokątna, która leży naprzeciw kąta α i w ogóle go nie dotyka, to przyprostokątna przeciwległa. Tutaj to BC. Sprawdź palcem: wierzchołek A nie leży na tym boku.

Krok 3 / 5

Dotknij boku obok

Przyprostokątna, która jest ramieniem kąta α, to przyprostokątna przyległa. Tutaj to AC. Kąt α leży między przyległą a przeciwprostokątną. Masz komplet trzech nazw: przeciwległa, przyległa, przeciwprostokątna.

PojęciePrzyległa dotyka kąta α. Przeciwległa go nie dotyka. Obie są przyprostokątnymi.
Krok 4 / 5

Przejdź do kąta β

Zmieniamy punkt widzenia na kąt β przy B. Bok BC jest teraz przyległy, a AC stał się przeciwległy. Boki się nie zmieniły, zmieniło się miejsce, z którego patrzysz. Dlatego w każdym zadaniu najpierw zaznacz, o który kąt chodzi.

Krok 5 / 5

Obróć trójkąt

W zadaniach trójkąt rzadko leży wygodnie. Obróciliśmy go, a nazwy działają tak samo. Nie szukaj „boku na dole” ani „boku z prawej”. Szukaj kwadracika kąta prostego, potem kąta α, i dopiero wtedy nazywaj boki.

Sinus, cosinus, tangens

Trzy ilorazy boków, które opisują, jak stromy jest kąt.

Krok 1 / 5

Podziel przeciwległą przez przeciwprostokątną

Sinus kąta α to iloraz przyprostokątnej przeciwległej i przeciwprostokątnej. W trójkącie o bokach 3, 4, 5:

sin α = przeciwległa / przeciwprostokątna = 3/5 = 0,6

Sinus nie jest długością żadnego boku. To liczba bez jednostek, która opisuje kształt trójkąta.

Krok 2 / 5

Weź przyległą

Cosinus kąta α to przyprostokątna przyległa przez przeciwprostokątną:

cos α = przyległa / przeciwprostokątna = 4/5 = 0,8

Sinus i cosinus mają ten sam mianownik, przeciwprostokątną. Różnią się tylko licznikiem.

Krok 3 / 5

Pomiń przeciwprostokątną

Tangens kąta α to przeciwległa przez przyległą. Przeciwprostokątnej w nim nie ma:

tg α = przeciwległa / przyległa = 3/4 = 0,75

Tangens mówi, o ile się wznosisz na każdy krok w poziomie. Tak samo liczy się nachylenie drogi albo dachu.

Krok 4 / 5

Powiększ trójkąt dwa razy

Weź trójkąt 6, 8, 10. Kąt α jest ten sam, a sinus to 6/10 = 0,6, jak wcześniej. Trójkąty o tych samych kątach są podobne: wszystkie boki rosną w tej samej proporcji, więc ilorazy się nie zmieniają. Sinus zależy tylko od kąta, nie od wielkości trójkąta. To najważniejsza myśl całego działu.

Krok 5 / 5

Sprawdź, czemu sinus jest mniejszy od 1

W sinusie i cosinusie mianownikiem jest przeciwprostokątna, najdłuższy bok. Dla kąta ostrego oba wyniki leżą więc między 0 a 1. Gdy kąt rośnie, przeciwległa rośnie i sinus też, aż do sin 65° ≈ 0,91. Cosinus w tym czasie maleje. Tangens może być dowolnie duży, bo dzielisz przez przyległą, która się kurczy.

Kąty 30°, 45°, 60°

Trzy kąty, których wartości musisz znać, i skąd się one biorą.

Krok 1 / 6

Przetnij kwadrat przekątną

Narysuj kwadrat o boku 1 i poprowadź przekątną. Powstają dwa trójkąty prostokątne równoramienne, a ich kąty ostre mają po 45°. Długość przekątnej z Pitagorasa: 1² + 1² = 2, więc przekątna to √2.

Krok 2 / 6

Odczytaj wartości dla 45°

Liczysz z definicji. Przeciwległa i przyległa mają po 1, przeciwprostokątna √2:

sin 45° = cos 45° = 1/√2 = √2/2
tg 45° = 1/1 = 1

Pierwiastek usuwasz z mianownika, mnożąc licznik i mianownik przez √2.

Krok 3 / 6

Przetnij trójkąt równoboczny

Weź trójkąt równoboczny o boku 2. Każdy jego kąt ma 60°. Wysokość dzieli go na dwie połówki. W każdej przeciwprostokątna ma 2, krótsza przyprostokątna 1, a wysokość z Pitagorasa wynosi √(4 − 1) = √3. Kąty to 30° przy górze i 60° przy podstawie.

Krok 4 / 6

Odczytaj 30° i 60°

Z połówki odczytasz sześć wartości. Uważaj, który kąt bierzesz: naprzeciw 30° leży bok 1, naprzeciw 60° leży bok √3.

sin 30° = 1/2 · cos 30° = √3/2 · tg 30° = √3/3
sin 60° = √3/2 · cos 60° = 1/2 · tg 60° = √3
Krok 5 / 6

Zapamiętaj jeden wiersz

Sinusy dla 30°, 45° i 60° to po kolei √1/2, √2/2, √3/2. Pod pierwiastkiem rośnie 1, 2, 3, a √1 to po prostu 1. Cosinusy to ten sam ciąg od końca. Tangens dostaniesz, dzieląc sinus przez cosinus. Wystarczy pamiętać wiersz sinusów, resztę odtworzysz.

Krok 6 / 6

Rozwiąż zagadkę z drabiną

Wracamy do pytania z początku. Drabina to przeciwprostokątna, 5 m. Wysokość na ścianie leży naprzeciw kąta 60°, więc to przyprostokątna przeciwległa i liczysz sinusem:

h = 5 · sin 60° = 5 · √3/2 = 5√3/2 ≈ 4,33 m

Wysokość jest bliska długości drabiny, bo 60° to dość stromy kąt.

Rozwiązuj trójkąty

Jedna metoda na każde zadanie: znane, szukane i funkcja, która je łączy.

Krok 1 / 5

Zaznacz, co znasz, a czego szukasz

Rozwiązać trójkąt to znaleźć brakujące boki lub kąty. Tu znasz przeciwprostokątną c = 10 i kąt α = 30°, a szukasz boku a. Na rysunku zaznacz zawsze trzy rzeczy: kąt, bok znany i bok szukany. Potem nazwij oba boki względem tego kąta.

Krok 2 / 5

Wybierz funkcję i wyciągnij niewiadomą

Bok a leży naprzeciw α, a znasz przeciwprostokątną. Przeciwległa i przeciwprostokątna to sinus:

sin 30° = a/10  →  a = 10 · sin 30° = 10 · 1/2 = 5

Niewiadoma stoi w liczniku albo w mianowniku. Mnożysz albo dzielisz, żeby ją wyciągnąć.

Krok 3 / 5

Policz drugi bok i sprawdź

Bok b przylega do α. Przyległa i przeciwprostokątna to cosinus:

b = 10 · cos 30° = 10 · √3/2 = 5√3 ≈ 8,66

Sprawdź Pitagorasem: 5² + (5√3)² = 25 + 75 = 100 = 10². Zgadza się. Zostaw wynik dokładny, 5√3, chyba że polecenie każe zaokrąglić.

Krok 4 / 5

Znajdź kąt z dwóch boków

Teraz znasz przyprostokątne 7 i 24, a szukasz kąta α. Przeciwległa i przyległa to tangens:

tg α = 7/24 ≈ 0,292  →  z tablic α ≈ 16°

Tablice czytasz wtedy od drugiej strony: szukasz w kolumnie tangensa wartości najbliższej 0,292 i odczytujesz kąt.

Krok 5 / 5

Zmierz drzewo jego cieniem

Typowe zadanie z treścią: drzewo rzuca cień długości 12 m, a promienie słońca padają pod kątem 35°. Wysokość leży naprzeciw kąta, cień do niego przylega. To tangens:

h = 12 · tg 35° ≈ 12 · 0,700 ≈ 8,4 m

Zawsze rób rysunek, nawet gdy zadanie go nie daje. Połowa punktów to dobrze nazwane boki.

Zależności między funkcjami

Wzory, które z jednej wartości dają pozostałe.

Krok 1 / 6

Ustaw przeciwprostokątną na 1

Weź trójkąt, w którym przeciwprostokątna ma długość 1. Wtedy sin α = przeciwległa / 1, czyli przeciwległa ma długość sin α, a przyległa cos α. Pitagoras daje od razu jedynkę trygonometryczną:

sin²α + cos²α = 1

To po prostu Pitagoras zapisany innymi literami.

Krok 2 / 6

Policz cosinus z sinusa

To najczęstsze zadanie z działu. Kąt α jest ostry i sin α = 5/13. Z jedynki:

cos²α = 1 − 25/169 = 144/169  →  cos α = 12/13
tg α = (5/13) : (12/13) = 5/12

Bierzesz pierwiastek dodatni, bo dla kąta ostrego cosinus jest dodatni. Możesz też narysować trójkąt 5, 12, 13 i odczytać wszystko z niego.

Krok 3 / 6

Podziel sinus przez cosinus

Tangens to przeciwległa przez przyległą, a w trójkącie z przeciwprostokątną 1 te boki to sin α i cos α:

tg α = sin α / cos α

Na rysunku widać to inaczej: w trójkącie o przyległej równej 1 przeciwległa ma długość tg α. Przydaje się, gdy masz sinus i cosinus, a pytają o tangens.

Krok 4 / 6

Spójrz z drugiego kąta

Drugi kąt ostry ma 90° − α. Dla niego przeciwległą jest bok, który dla α był przyległy. Stąd:

sin(90° − α) = cos α  ·  cos(90° − α) = sin α

Przykład: sin 60° = cos 30°. Dlatego w tabeli sinusy i cosinusy to te same liczby w odwrotnej kolejności.

Krok 5 / 6

Wyjdź poza 90°

Na maturze pojawiają się też kąty rozwarte. Punkt na okręgu przechodzi na lewą stronę. Wysokość zostaje nad osią, więc sinus jest dodatni, ale przyległa idzie w lewo i cosinus robi się ujemny:

sin(180° − α) = sin α  ·  cos(180° − α) = −cos α

Przykład: sin 150° = 1/2, cos 150° = −√3/2. Tangens kąta rozwartego też jest ujemny.

Krok 6 / 6

Policz pole z sinusem

Sinus działa też w zwykłym trójkącie. Gdy znasz dwa boki i kąt między nimi, wysokość to h = b · sin γ. Stąd pole:

P = ½ · a · b · sin γ  ·  ½ · 6 · 5 · ½ = 7,5

Ten wzór masz w tablicach, ale gdy wiesz, skąd się bierze, nie pomylisz kąta: to zawsze kąt między podanymi bokami.

Powtórka

Co zabierasz ze sobą

  1. Najpierw kąt prosty, potem kąt α. Dopiero wtedy wiesz, który bok jest przeciwległy, a który przyległy.
  2. sin = przeciwległa / przeciwprostokątna, cos = przyległa / przeciwprostokątna, tg = przeciwległa / przyległa. Wszystkie zależą tylko od kąta.
  3. Z jednej wartości policzysz resztę: sin²α + cos²α = 1 oraz tg α = sin α / cos α.
Sedno

Trójkąty o tych samych kątach mają boki w tych samych proporcjach. Dlatego każdy kąt ma swój sinus, cosinus i tangens, bez względu na wielkość trójkąta. Gdy to rozumiesz, wzory przestają być do wkucia, bo każdy odczytasz z rysunku.

Możesz brać na wiarę

Wartości dla kątów innych niż 30°, 45° i 60° bierzesz z tablic albo z kalkulatora. Wzór na pole i wzory dla kątów rozwartych są w karcie wzorów CKE. Wystarczy wiedzieć, kiedy po nie sięgnąć.

funkcja30°45°60°150°
sin1/2√2/2√3/21/2
cos√3/2√2/21/2−√3/2
tg√3/31√3−√3/3
Trening na piątkę

Siedem zadań w stylu sprawdzianu

Najpierw rozwiąż na kartce. Wskazówkę i rozwiązanie otwieraj dopiero, gdy utkniesz albo skończysz.

Zadanie 1 · Pitagoras

Przyprostokątne mają 5 i 12. Oblicz przeciwprostokątną i sinus kąta leżącego naprzeciw boku 5.

Pokaż rozwiązanie

c² = 25 + 144 = 169, więc c = 13.

sin α = 5/13.

Zadanie 2 · jedynka

Kąt α jest ostry i sin α = 0,8. Oblicz cos α i tg α.

Pokaż rozwiązanie

cos²α = 1 − 0,64 = 0,36, więc cos α = 0,6 (dodatni, bo α ostry).

tg α = 0,8 / 0,6 = 4/3.

Zadanie 3 · kąt specjalny

Przeciwprostokątna ma 8, a jeden z kątów ostrych 60°. Oblicz obie przyprostokątne.

Pokaż rozwiązanie

Przyległa do 60°: 8 · cos 60° = 8 · 1/2 = 4.

Przeciwległa: 8 · sin 60° = 8 · √3/2 = 4√3.

Sprawdzenie: 16 + 48 = 64.

Zadanie 4 · wartość wyrażenia

Oblicz sin²30° + cos²60° + tg 45°.

Pokaż rozwiązanie

(1/2)² + (1/2)² + 1 = 1/4 + 1/4 + 1 = 1,5.

Zadanie 5 · z treścią

Drabina długości 4 m stoi tak, że jej dolny koniec jest 1 m od ściany. Oblicz cosinus kąta między drabiną a ziemią oraz wysokość, na jaką sięga.

Pokaż wskazówkę

Narysuj: drabina to przeciwprostokątna, odległość od ściany to przyległa do kąta przy ziemi.

Pokaż rozwiązanie

cos α = 1/4.

h² = 16 − 1 = 15, więc h = √15 ≈ 3,87 m.

Zadanie 6 · pole

Dwa boki trójkąta mają 4 i 10, a kąt między nimi 150°. Oblicz pole.

Pokaż rozwiązanie

sin 150° = sin 30° = 1/2.

P = ½ · 4 · 10 · ½ = 10.

Zadanie 7 · na piątkę

Uprość wyrażenie (sin α + cos α)² − 2 sin α cos α.

Pokaż wskazówkę

Rozpisz kwadrat sumy: (x + y)² = x² + 2xy + y².

Pokaż rozwiązanie

sin²α + 2 sin α cos α + cos²α − 2 sin α cos α = sin²α + cos²α = 1.

Ręcznie, z ołówkiem

Na kartce w kratkę narysuj trójkąt prostokątny o przyprostokątnych 2 i 5 kratek. Oznacz α przy końcu dłuższej przyprostokątnej. Oblicz tg α, sin α i cos α, a potem zmierz α kątomierzem i sprawdź w tablicach, czy tangens się zgadza.

Odpowiedzi tu nie ma. Sprawdzasz się sam: kątomierzem, tablicami i jedynką trygonometryczną.