Funcțiile trigonometrice — sinus (sin), cosinus (cos), tangentă (tan) și cotangentă (cot) — sunt instrumentele de bază ale trigonometriei. Inițial definite ca rapoarte între laturile unui triunghi dreptunghic, ele au fost extinse la orice unghi prin cercul trigonometric.
Definițiile în triunghiul dreptunghic
Pentru un unghi ascuțit α într-un triunghi dreptunghic:
Cercul trigonometric
Cercul de rază 1 centrat în origine permite extinderea funcțiilor la orice α (negativ, peste 90°, peste 360°). Pentru un punct P pe cerc la unghi α față de Ox:
Sin este proiecția pe Oy, cos este proiecția pe Ox.
Tabelul valorilor uzuale
Aceste valori sunt obligatorii la bacalaureat:
| Unghi | 0° | 30° | 45° | 60° | 90° | 180° | 270° | 360° |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Radiani | 0 | π/6 | π/4 | π/3 | π/2 | π | 3π/2 | 2π |
| sin | 0 | 1/2 | √2/2 | √3/2 | 1 | 0 | −1 | 0 |
| cos | 1 | √3/2 | √2/2 | 1/2 | 0 | −1 | 0 | 1 |
| tan | 0 | √3/3 | 1 | √3 | ∞ | 0 | ∞ | 0 |
Formula fundamentală
Cea mai importantă identitate trigonometrică:
Provine direct din teorema lui Pitagora aplicată în cercul de rază 1: triunghiul format din rază, proiecție pe Ox și proiecție pe Oy are catetele cos α, sin α și ipotenuza 1.
Periodicitatea
Funcțiile trigonometrice sunt periodice:
Sin și cos au perioada 2π (un cerc complet), iar tan și cot au perioada π (jumătate de cerc).
Formulele sumelor
Foarte utile la bacalaureat și la rezolvarea ecuațiilor trigonometrice:
Formulele duplului unghi
Funcții inverse: arcsin, arccos, arctan
Pentru a găsi unghiul când cunoști valoarea funcției:
Domeniile de definiție: arcsin și arccos acceptă x ∈ [−1, 1]; arctan acceptă orice x real.
Exemplu rezolvat: ecuație trigonometrică
Rezolvă sin x = √3/2.
Din tabel, sin 60° = √3/2. Soluțiile generale:
A doua soluție vine din simetria sin(180° − α) = sin α: sin 120° = sin 60°.
Cele 4 cadrane — semnele funcțiilor
În cercul trigonometric, cele 4 cadrane sunt definite de axele Ox și Oy. Semnele funcțiilor diferă în fiecare cadran:
| Cadran | Interval | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| I | + | + | + | + | |
| II | + | − | − | − | |
| III | − | − | + | + | |
| IV | − | + | − | − |
Truc memorare RO: „Toate Sunt Teribil de Culte” — în cadranul I sunt Toate pozitive, în II doar Sinus, în III doar Tangenta, în IV doar Cosinus.
Reducere la cadranul I
Orice unghi se poate reduce la un unghi din cadranul I, păstrând semnul corect:
Exemplu: .
Identități trigonometrice fundamentale
Identitatea pitagoreică
Cea mai importantă identitate, demonstrată din pe cercul unitar:
Variante derivate (împărțind cu respectiv ):
Reciproce
Identități complementare (90° - α)
Identități pentru unghi negativ (paritate)
- Sinus și tangenta sunt funcții impare: , .
- Cosinus este funcție pară: .
Aplicație: dacă știi , atunci , dar .
Formulele sumelor și diferențelor
Pentru sin și cos
Truc memorare BAC: „SiCo + CoSi” pentru . Pentru , semnul e invers la sumă: „CoCo − SiSi”.
Pentru tangenta
Aplicație rapidă — sin 75°
Formulele unghiului dublu
Formulele coborârii puterii (utile la integrale BAC)
Din formulele unghiului dublu se obține:
Formulele unghiului triplu
Transformare sumă ↔ produs
Foarte utile la simplificarea expresiilor și la rezolvarea ecuațiilor trigonometrice:
Sumă în produs
Produs în sumă
Periodicitate
Funcțiile trigonometrice sunt periodice, adică valorile se repetă după un anumit interval.
| Funcție | Perioadă | Notație |
|---|---|---|
| (360°) | ||
| (360°) | ||
| (180°) | ||
| (180°) |
Graficele funcțiilor trigonometrice
Sinus
- Periodă:
- Domeniul valorilor:
- Zerouri: (multipli de )
- Maxim: , la
- Minim: , la
- Simetrie: funcție impară, (graficul simetric față de origine)
Cosinus
- Periodă:
- Domeniul valorilor:
- Zerouri:
- Maxim: , la
- Minim: , la
- Simetrie: funcție pară, (graficul simetric față de Oy)
Observație: este graficul lui deplasat la stânga cu . Adică .
Tangenta
- Periodă:
- Domeniul valorilor:
- Zerouri:
- NU are maxim/minim — tinde la lângă asimptote.
- Asimptote verticale: la , unde .
- Simetrie: funcție impară, .
Tabel comparativ
| Funcție | Perioadă | Domeniu valorilor | Zerouri | Notă |
|---|---|---|---|---|
| Hullam, impar | ||||
| Defazat, par | ||||
| Cu asimptote, impar | ||||
| Cu asimptote, impar |
Funcțiile inverse: arcsin, arccos, arctan
Pentru a găsi unghiul când cunoști valoarea funcției trigonometrice.
Arcsin (sinusul invers)
- Domeniu de definiție:
- Codomeniu (unghi): , adică
- Funcție: strict crescătoare, simetrică față de origine
Exemplu: .
Arccos (cosinusul invers)
- Domeniu de definiție:
- Codomeniu: , adică
- Funcție: strict descrescătoare
Exemplu: .
Arctan (tangenta inversă)
- Domeniu de definiție: (orice număr real)
- Codomeniu: , adică
- Funcție: strict crescătoare, cu asimptote orizontale la
Exemplu: .
Tabel-sinteza funcțiilor inverse
| Funcție inversă | Notație | Domeniu (intrare ) | Codomeniu (unghi ) | Exemplu |
|---|---|---|---|---|
| Arcsinus | ||||
| Arccosinus | ||||
| Arctangentă |
⚠️ Atenție: funcțiile inverse returnează DOAR rezultatul principal (pe domeniul de bază). Dar o ecuație are infinit de soluții (datorită periodicității). Soluția generală este: sau , . Calculatorul va da DOAR .
Ecuații trigonometrice — strategii și exemple
Ecuații elementare
Tipul 1: (cu ).
Soluție generală:
unde .
Exemplu: .
Tipul 2: (cu ).
Exemplu: .
Tipul 3: (oricare real).
Ecuații cu transformare
Exemplu BAC: .
Folosim formula sumei: . Ecuația devine:
Soluții: sau → sau .
Ecuații pătratice în trig
Exemplu: .
Substituție : sau .
- .
- .
Probleme rezolvate pas cu pas
Problema 1 — Înălțimea unui copac din Apuseni
Un brad din pădurea Apuseni proiectează o umbră de 12 m la prânz. Soarele are înălțimea 65° față de orizont. Care e înălțimea bradului?
Triunghi dreptunghic cu cateta orizontală = umbra (12 m), cateta verticală = h, unghi 65° de la orizontală.
Problema 2 — Scara la fereastră
O scară de 5 m e sprijinită de un perete sub un unghi de 60° față de sol. La ce înălțime atinge peretele?
Problema 3 — Pârtia de schi din Sinaia
Pârtia Carp are o cădere de 200 m verticală pe o lungime totală pe pantă de 800 m. Care e unghiul de înclinare?
Problema 4 — Demonstrație BAC: identitate trigonometrică
Demonstrați că .
Pornim de la :
Rearanjăm:
Problema 5 — Ecuația pe
.
Soluții pe : .
Problema 6 — Aria triunghiului oarecare
Un triunghi are laturile , și unghiul dintre ele . Care e aria?
Formula trigonometrică a ariei:
, deci unități pătrate.
Problema 7 — Teorema sinusurilor (BAC clasa a IX-a)
În orice triunghi cu laturile și unghiurile opuse :
unde = raza cercului circumscris.
Aplicație: într-un triunghi, , , . Calculează .
Problema 8 — Teorema cosinusurilor
Pentru orice triunghi:
Generalizează teorema lui Pitagora pentru triunghi NEdreptunghic.
Aplicație: triunghi cu , , unghi . Calculează .
Aplicații în fizică, inginerie și viața de zi cu zi
Mișcare oscilatorie armonică
Pendulul, arcurile, vibrațiile struni — toate urmează ecuația:
unde:
- = amplitudine (deplasarea maximă)
- = pulsația (rad/s)
- = frecvență (Hz)
- = faza inițială
Exemplu — pendul de ceas: un pendul de 0,5 m oscilează cu perioada s.
Curent alternativ — electricitate în RO
Curentul electric din priză (RO: 230 V, 50 Hz) urmează:
Tensiunea: , cu V (vârf), V (efectiv).
Unde sonore și lumina
Sunet: muzicieni acordează la 440 Hz (LA standard). Un instrument cu această frecvență produce o undă sinusoidală în aer.
Lumină vizibilă: spectrul electromagnetic 380–750 nm — toate sunt unde sinusoidale cu lungimi de undă diferite.
Animații grafice 2D & 3D
În programarea jocurilor (Unity, Unreal Engine, Godot), rotațiile se calculează cu matrici trigonometrice:
Fourier — descompunere în armonice
Orice funcție periodică se poate scrie ca sumă de sin și cos (seria Fourier). Folosit la:
- Compresia audio (MP3, Opus) — păstrează doar primele armonice.
- Compresia imaginilor (JPEG) — DCT (Discrete Cosine Transform).
- Telecomunicații — modulație, demodulație, antene.
Triangulații GPS
Sistemele GPS utilizează formule trigonometrice pe sferă (geometria sferică) pentru a calcula poziția dintr-un set de distanțe la sateliți.
Astronomie — magnitudinea unei stele pe cerul RO
Calculul magnitudinii unei stele (înălțimea ei deasupra orizontului) folosește formula trigonometrică:
unde:
- = înălțimea stelei deasupra orizontului
- = latitudine geografică observator
- = declinația stelei
- = unghi orar
Exemplu — Sirius la București: latitudine București , declinație Sirius , la momentul culminării :
Sirius se vede la maxim 28,9° deasupra orizontului din București — relativ jos pe cer (ca toate stelele din emisfera sudică observate din emisfera nordică).
Construcții — pante de drumuri și acoperișuri în RO
Panouri rutiere RO: indicatorul „pantă 7%” înseamnă . Pe DN1 Sinaia–Bușteni se găsesc pante de 7-9%.
Acoperișuri tradiționale: în Apuseni și Maramureș, acoperișurile au pante de 30-45° (pentru evacuarea zăpezii) → tan = 0,577–1.
Optică — refracția luminii
Legea lui Snell:
Folosită la design de lentile (ochelari, telescoape), proiectoare laser, fibre optice.
Navigație — bisectoare și triunghiuri pe hartă
Pentru a determina direcția (azimutul) de la un punct la altul pe hartă, folosești:
unde și sunt diferențele de longitudine și latitudine (în km).
Curiozități și istorie
- Cuvântul „trigonometrie” vine din greacă: trigōnon (triunghi) + metron (măsurare).
- Cuvântul „sinus” vine din latină — sinus (sân, golf). A fost o traducere greșită din arabă (jiba → jaib).
- Hipparchus din Niceea (~150 î.Hr.) a creat primele tabele trigonometrice pentru astronomie.
- Ptolemeu (~150 d.Hr.) a completat aceste tabele în cartea Almagest, folosite 1400 de ani.
- Aryabhata (~500 d.Hr.) — primul matematician indian care a definit sin (ardha-jya = jumătate de coardă).
- Cele 6 funcții trigonometrice (sin, cos, tan, cot, sec, csc) au fost sistematizate complet de Abū al-Wafā’ (~975 d.Hr.) la Bagdad.
- Leonhard Euler (1748) — a introdus notația modernă cu funcții și formula remarcabilă .
- Babylonienii (sec. XX î.Hr.) — au împărțit cercul în 360° (probabil pentru că anul are ~360 zile).
Cercul trigonometric — privire de ansamblu
Cele 12 puncte „cardinale” ale cercului trigonometric pe care e bine să le memorezi pentru BAC:
| Unghi | Radiani | |
|---|---|---|
| 0° | 0 | (1, 0) |
| 30° | ||
| 45° | ||
| 60° | ||
| 90° | (0, 1) | |
| 120° | ||
| 135° | ||
| 150° | ||
| 180° | (−1, 0) | |
| 270° | (0, −1) | |
| 360° | (1, 0) |
Truc memorare BAC: la 30°, 45°, 60° valorile sin sunt (scriem 1, 2, 3 sub radical — la 0° e și la 90° e ). Pentru cos, ordinea inversă.
Calcule mentale rapide
Aproximări utile
- (≈ — pentru unghiuri mici, în radiani)
- exact
- exact
- exact
Aproximare unghiuri mici
Pentru (sau rad):
Exemplu: (real: 0,0872 — eroare 0,1%).
Greșeli frecvente la BAC
- Calculator în mod greșit (DEG vs. RAD) — verifică ÎNTOTDEAUNA indicatorul DEG sau RAD înainte de a calcula. La BAC se folosește implicit DEG, dar la calcul de integrale ai nevoie de RAD.
- scris ca — sunt LUCRURI DIFERITE. .
- = ? — domeniul lui este . NU există în reali.
- Periodicitate greșită — și au perioada (NU , ca sin și cos).
- Confuzia perioada vs. amplitudine — pentru , perioada e (nu ). Pentru , perioada e .
- Semn greșit la unghiuri în cadranul II/III/IV — folosește regula „Toți Sunt Teribil de Culți” pentru semne corecte.
- Adunare procente trig — . Trebuie folosită formula sumei.
- Confuzia cu peste tot — atenție la , unde tinde la infinit.
Tabel de valori — funcții trigonometrice de la 0° la 90°
| Unghi | sin α | cos α | tan α | cot α |
|---|---|---|---|---|
| 0° | 0 | 1 | 0 | ∞ |
| 5° | 0,0872 | 0,9962 | 0,0875 | 11,43 |
| 10° | 0,1736 | 0,9848 | 0,1763 | 5,671 |
| 15° | 0,2588 | 0,9659 | 0,2679 | 3,732 |
| 20° | 0,3420 | 0,9397 | 0,3640 | 2,747 |
| 25° | 0,4226 | 0,9063 | 0,4663 | 2,145 |
| 30° | 0,5 | 0,8660 | 0,5774 | 1,732 |
| 35° | 0,5736 | 0,8192 | 0,7002 | 1,428 |
| 40° | 0,6428 | 0,7660 | 0,8391 | 1,192 |
| 45° | 0,7071 | 0,7071 | 1 | 1 |
| 50° | 0,7660 | 0,6428 | 1,192 | 0,8391 |
| 55° | 0,8192 | 0,5736 | 1,428 | 0,7002 |
| 60° | 0,8660 | 0,5 | 1,732 | 0,5774 |
| 65° | 0,9063 | 0,4226 | 2,145 | 0,4663 |
| 70° | 0,9397 | 0,3420 | 2,747 | 0,3640 |
| 75° | 0,9659 | 0,2588 | 3,732 | 0,2679 |
| 80° | 0,9848 | 0,1736 | 5,671 | 0,1763 |
| 85° | 0,9962 | 0,0872 | 11,43 | 0,0875 |
| 90° | 1 | 0 | ∞ | 0 |
Notă: valorile pentru unghiuri 91°–180° se obțin folosind , , etc.
Surse și referințe
- Trigonometrie – Wikipedia — fundamente matematice și istorice.
- Trigonometric Functions – Wolfram MathWorld — tratare avansată cu derivări complete.
- Programa BAC RO — clasa a IX-a (introducere triunghi dreptunghic), a X-a (cercul trigonometric), a XI-a (ecuații trigonometrice).
- Manuale BAC M1/M2 (autori M.O. Tatomir, M. Ganga, M. Burtea).
Calculatoare conexe
- Triunghi dreptunghic — calcul complet din 6 combinații de date.
- Convertor radiani-grade — conversia unităților de măsură.
- Calculator cerc — pentru sectoare circulare cu unghi.
- Calculator dreptunghi — pentru calcul diagonală cu Pitagora.
- Calculator ecuație de gradul II — pentru ecuații pătratice în trig (substituție).