In Seconda avevamo incontrato il seno e il coseno come rapporti tra i lati di un triangolo rettangolo, definiti solo per angoli acuti. In Quarta facciamo un salto qualitativo: trasformiamo il seno e il coseno in vere e proprie funzioni di una variabile reale, definite per qualsiasi angolo, anche negativo o maggiore di un angolo giro. L’oggetto chiave è la circonferenza goniometrica, la circonferenza di raggio 11 centrata nell’origine. Il capitolo introduce la misura degli angoli in radianti, definisce sin⁡,cos⁡,tan⁡\sin,\cos,\tan come coordinate di un punto sulla circonferenza, ne studia valori notevoli, periodicità, grafici e archi associati, presenta le funzioni inverse arcsin⁡,arccos⁡,arctan⁡\arcsin,\arccos,\arctan e si chiude con le coordinate polari, un secondo linguaggio per descrivere i punti del piano.

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Esercizi

In Year 2 we had met the sine and cosine as ratios between the sides of a right-angled triangle, defined only for acute angles. In Year 4 we make a qualitative leap: we turn the sine and cosine into genuine functions of a real variable, defined for any angle, even negative or greater than a full turn. The key object is the unit circle, the circle of radius 11 centred at the origin. The chapter introduces the measurement of angles in radians, defines sin⁡,cos⁡,tan⁡\sin,\cos,\tan as the coordinates of a point on the circle, studies their notable values, periodicity, graphs and associated arcs, presents the inverse functions arcsin⁡,arccos⁡,arctan⁡\arcsin,\arccos,\arctan and closes with polar coordinates, a second language for describing the points of the plane.

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Esercizi

Alcuni angoli ricorrono così spesso che conviene conoscerne a memoria i valori di seno, coseno e tangente.

In sintesi — Tabella degli angoli notevoli

00π/6\pi/6π/4\pi/4π/3\pi/3π/2\pi/2
sin⁡\sin0012\tfrac{1}{2}22\tfrac{\sqrt{2}}{2}32\tfrac{\sqrt{3}}{2}11
cos⁡\cos1132\tfrac{\sqrt{3}}{2}22\tfrac{\sqrt{2}}{2}12\tfrac{1}{2}00
tan⁡\tan0033\tfrac{\sqrt{3}}{3}113\sqrt{3}∄\nexists

Questi valori si ricavano dalle proprietà dei triangoli notevoli già viste in Seconda: il triangolo equilatero (per π/6\pi/6 e π/3\pi/3) e il triangolo rettangolo isoscele (per π/4\pi/4).

Collegamenti

Argomenti: Goniometria
Concetti: Angoli notevoli · Coseno · Seno · Tangente
Funzioni: Coseno · Seno · Tangente
Competenze: Usare formule

Some angles recur so often that it is worth knowing by heart their values of sine, cosine and tangent.

In brief — Table of notable angles

00π/6\pi/6π/4\pi/4π/3\pi/3π/2\pi/2
sin⁡\sin0012\tfrac{1}{2}22\tfrac{\sqrt{2}}{2}32\tfrac{\sqrt{3}}{2}11
cos⁡\cos1132\tfrac{\sqrt{3}}{2}22\tfrac{\sqrt{2}}{2}12\tfrac{1}{2}00
tan⁡\tan0033\tfrac{\sqrt{3}}{3}113\sqrt{3}∄\nexists

These values are obtained from the properties of the notable triangles already seen in Year Two: the equilateral triangle (for π/6\pi/6 and π/3\pi/3) and the isosceles right triangle (for π/4\pi/4).

Topics: Trigonometry
Concepts: Notable angles · Cosine · Sine · Tangent
Functions: Cosine · Sine · Tangent
Skills: Using formulae

Poiché il punto PαP_\alpha ritorna nella stessa posizione dopo ogni giro completo, seno e coseno si ripetono a intervalli regolari: sono funzioni periodiche.

Proprietà — Periodicità

Le funzioni sin⁡\sin e cos⁡\cos sono periodiche di periodo 2π2\pi: per ogni α∈R\alpha\in\mathbb{R} e ogni k∈Zk\in\mathbb{Z}, sin⁡(α+2kπ)=sin⁡α,cos⁡(α+2kπ)=cos⁡α.\sin(\alpha + 2k\pi) = \sin\alpha,\qquad \cos(\alpha + 2k\pi) = \cos\alpha. La tangente è invece periodica di periodo π\pi: tan⁡(α+kπ)=tan⁡α.\tan(\alpha + k\pi) = \tan\alpha.

Dimostrazione

Un incremento di 2π2\pi dell’angolo corrisponde a un giro completo sulla circonferenza goniometrica: il punto PαP_\alpha ritorna nella stessa posizione, quindi le sue coordinate (seno e coseno) non cambiano. Per la tangente basta osservare che tan⁡(α+π)=sin⁡(α+π)cos⁡(α+π)=−sin⁡α−cos⁡α=tan⁡α\tan(\alpha+\pi) = \dfrac{\sin(\alpha+\pi)}{\cos(\alpha+\pi)} = \dfrac{-\sin\alpha}{-\cos\alpha} = \tan\alpha (usando le formule di riduzione degli archi associati). ∎

Il segno di sin⁡\sin dipende dall’ordinata, quello di cos⁡\cos dall’ascissa, quello di tan⁡\tan dal loro rapporto (positivo nel primo e terzo quadrante, negativo nel secondo e quarto).

Tabella visiva dei segni sui quattro quadranti.

Collegamenti

Argomenti: Goniometria
Concetti: Coseno · Periodicita · Seno · Tangente
Funzioni: Coseno · Seno · Tangente
Competenze: Dimostrare

Since the point PαP_\alpha returns to the same position after every complete turn, sine and cosine repeat at regular intervals: they are periodic functions.

Property — Periodicity

The functions sin⁡\sin and cos⁡\cos are periodic with period 2π2\pi: for every α∈R\alpha\in\mathbb{R} and every k∈Zk\in\mathbb{Z}, sin⁡(α+2kπ)=sin⁡α,cos⁡(α+2kπ)=cos⁡α.\sin(\alpha + 2k\pi) = \sin\alpha,\qquad \cos(\alpha + 2k\pi) = \cos\alpha. The tangent is instead periodic with period π\pi: tan⁡(α+kπ)=tan⁡α.\tan(\alpha + k\pi) = \tan\alpha.

Proof

An increase of 2π2\pi in the angle corresponds to a complete turn on the unit circle: the point PαP_\alpha returns to the same position, so its coordinates (sine and cosine) do not change. For the tangent it is enough to observe that tan⁡(α+π)=sin⁡(α+π)cos⁡(α+π)=−sin⁡α−cos⁡α=tan⁡α\tan(\alpha+\pi) = \dfrac{\sin(\alpha+\pi)}{\cos(\alpha+\pi)} = \dfrac{-\sin\alpha}{-\cos\alpha} = \tan\alpha (using the reduction formulae for associated arcs). ∎

The sign of sin⁡\sin depends on the ordinate, that of cos⁡\cos on the abscissa, that of tan⁡\tan on their ratio (positive in the first and third quadrants, negative in the second and fourth).

Visual table of the signs over the four quadrants.

Topics: Trigonometry
Concepts: Cosine · Periodicity · Sine · Tangent
Functions: Cosine · Sine · Tangent
Skills: Proving

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