Выражения · 10 класс · урок 3 из 9 · Атанасян, «Геометрия 7–9», гл. VII § 4 и гл. XI § 1; Никольский, «Алгебра и начала анализа 10», § 7–9, Атанасян, гл. VII § 4; Никольский 10, п. 7.4

Основное тригонометрическое тождество

Выход к заданиям: ЕГЭ №1, ЕГЭ №8, ЕГЭ №14

Сначала нужно знать
Синус и косинус острого угла, теорема Пифагора, табличные значения
Зачем этот урок
ЕГЭ №8 (вычисление значений), ЕГЭ №14; все формулы дальше опираются на него
Дальше
Единичная окружность
Тригонометрические формулы · урок 3
Основное тригонометрическое тождество
Теорема Пифагора, записанная через синус и косинус
Выводим из теоремы Пифагора
αcabACB

По определению sin⁡α=ac\sin\alpha = \dfrac{a}{c} и cos⁡α=bc\cos\alpha = \dfrac{b}{c}. Возведём оба в квадрат и сложим:

sin⁡2α+cos⁡2α=a2c2+b2c2=a2+b2c2\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = \dfrac{a^2}{c^2} + \dfrac{b^2}{c^2} = \dfrac{a^2 + b^2}{c^2}
По теореме Пифагора a2+b2=c2a^2 + b^2 = c^2, поэтому дробь равна 11.
Тождество

Тождество — равенство, верное при любом значении буквы. Здесь — при любом угле α\alpha.

Запись sin⁡2α\sin^2\alpha означает (sin⁡α)2(\sin\alpha)^2: в квадрат возводится синус, а не угол.

Проверим на таблице: sin⁡230∘+cos⁡230∘=14+34=1\sin^2 30^\circ + \cos^2 30^\circ = \dfrac14 + \dfrac34 = 1.

sin⁡2α+cos⁡2α=1\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1
Как пользоваться: знаешь одно — найдёшь другое

Из тождества выражаем одну функцию через другую:

cos⁡2α=1−sin⁡2α,sin⁡2α=1−cos⁡2α\cos^2\alpha = 1 - \sin^2\alpha, \qquad \sin^2\alpha = 1 - \cos^2\alpha
  • Квадрат находится однозначно. А вот при извлечении корня получаются два числа — с плюсом и с минусом.
  • Для острого угла синус и косинус положительны (это отношения длин), поэтому берём корень с плюсом.
  • Для произвольных углов знак определяется по единичной окружности — это следующий урок.
Тангенс через синус и косинус

Поделим синус на косинус: sin⁡αcos⁡α=a/cb/c=ab\dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha} = \dfrac{a/c}{b/c} = \dfrac{a}{b} — а это и есть тангенс.

tg⁡ α=sin⁡αcos⁡α\operatorname{tg}\,\alpha = \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}
Если поделить тождество на cos⁡2α\cos^2\alpha, получится ещё одна полезная формула: 1+tg⁡2α=1cos⁡2α1 + \operatorname{tg}^2\alpha = \dfrac{1}{\cos^2\alpha}.
ЕГЭ, задание 8Пример 1
Найдите sin⁡α\sin\alpha, если cos⁡α=5110\cos\alpha = \dfrac{\sqrt{51}}{10} и α∈(0; 0,5π)\alpha \in (0;\,0{,}5\pi).
  1. 0,5π0{,}5\pi — это 90∘90^\circ (радианы разберём позже). Значит, α\alpha — острый угол, и sin⁡α>0\sin\alpha > 0.
  2. sin⁡2α=1−cos⁡2α=1−51100=49100\sin^2\alpha = 1 - \cos^2\alpha = 1 - \dfrac{51}{100} = \dfrac{49}{100}.
  3. sin⁡α=49100=710=0,7\sin\alpha = \sqrt{\dfrac{49}{100}} = \dfrac{7}{10} = 0{,}7.
Ответ: 0,7
ЕГЭ, задание 1Пример 2
В равнобедренном треугольнике ABCABC с основанием ACAC боковая сторона ABAB равна 2525, а высота, проведённая к основанию, равна 2020. Найдите косинус угла AA.
  1. Высота BHBH к основанию делит треугольник на два прямоугольных. В треугольнике ABHABH гипотенуза AB=25AB = 25, катет BH=20BH = 20 противолежит углу AA.
  2. sin⁡A=BHAB=2025=0,8\sin A = \dfrac{BH}{AB} = \dfrac{20}{25} = 0{,}8.
  3. Угол AA острый (угол при основании равнобедренного треугольника), поэтому cos⁡A>0\cos A > 0: cos⁡A=1−0,64=0,36=0,6\cos A = \sqrt{1 - 0{,}64} = \sqrt{0{,}36} = 0{,}6.
  4. Проверка через стороны: AH=252−202=15AH = \sqrt{25^2 - 20^2} = 15, cos⁡A=1525=0,6\cos A = \dfrac{15}{25} = 0{,}6.
Ответ: 0,6
Главное
  • sin⁡2α+cos⁡2α=1\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1 — теорема Пифагора, поделённая на c2c^2.
  • По одной функции находим квадрат другой; знак корня решаем отдельно.
  • tg⁡ α=sin⁡αcos⁡α\operatorname{tg}\,\alpha = \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}, 1+tg⁡2α=1cos⁡2α1 + \operatorname{tg}^2\alpha = \dfrac{1}{\cos^2\alpha}.

Все уроки станции «Тригонометрические формулы»

  1. Синус, косинус и тангенс острого угла
  2. Табличные значения: откуда берутся 30°, 45° и 60°
  3. Основное тригонометрическое тождество
  4. Единичная окружность как следствие тождества
  5. Радианная мера угла
  6. Тангенс и котангенс
  7. Формулы приведения
  8. Формулы сложения
  9. Двойные углы. Понижение степени