13.2 Sinus, cosinus, tangens i cotangens dowolnego kąta płaskiego
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Kąt $\alpha$ znajduje się w położeniu standardowym. Wiadomo, że na drugim ramieniu tego kąta leży punkt P(3, -4). Oblicz sinus, cosinus, tangens i cotangens kąta $\alpha$.
Sinus kąta $\alpha$ wynosi $\frac{-4}{5}$, cosinus $\frac{3}{5}$, tangens $\frac{-4}{3}$, a cotangens $\frac{-3}{4}$.
Z danych zadania mamy współrzędne punktu $P(3, -4)$, zatem:
$x = 3$
$y = -4$
Obliczamy odległość $r$ punktu $P$ od początku układu współrzędnych, korzystając z twierdzenia Pitagorasa:
\[r = \sqrt{x^2 + y^2}\]
Podstawiamy wartości:
\[r = \sqrt{(3)^2 + (-4)^2}\]
\[r = \sqrt{9 + 16}\]
\[r = \sqrt{25}\]
\[r = 5\]
Teraz obliczamy wartości funkcji trygonometrycznych dla kąta $\alpha$:
Sinus kąta $\alpha$:
\[\sin \alpha = \frac{y}{r}\]
\[\sin \alpha = \frac{-4}{5}\]
Cosinus kąta $\alpha$:
\[\cos \alpha = \frac{x}{r}\]
\[\cos \alpha = \frac{3}{5}\]
Tangens kąta $\alpha$:
\[\tan \alpha = \frac{y}{x}\]
\[\tan \alpha = \frac{-4}{3}\]
Cotangens kąta $\alpha$:
\[\cot \alpha = \frac{x}{y}\]
\[\cot \alpha = \frac{3}{-4}\]
\[\cot \alpha = -\frac{3}{4}\]
Zadanie 2 (3 pkt)
Wyznacz wartości funkcji trygonometrycznych kąta 120°, znajdującego się w położeniu standardowym.
Wartości funkcji trygonometrycznych dla kąta $120^\circ$ wynoszą: $\sin(120^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2}$, $\cos(120^\circ) = -\frac{1}{2}$, $\tan(120^\circ) = -\sqrt{3}$, $\cot(120^\circ) = -\frac{\sqrt{3}}{3}$.
Kąt $\alpha = 120^\circ$ znajduje się w drugiej ćwiartce układu współrzędnych.Kąt odniesienia $\alpha'$ dla $\alpha = 120^\circ$ wynosi:
\[ \alpha' = 180^\circ - 120^\circ = 60^\circ \]
Wartości funkcji trygonometrycznych dla kąta $60^\circ$ to:
\[ \sin(60^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} \]
\[ \cos(60^\circ) = \frac{1}{2} \]
\[ \tan(60^\circ) = \sqrt{3} \]
\[ \cot(60^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{3} \]
W drugiej ćwiartce (II) układu współrzędnych: sinus jest dodatni, cosinus jest ujemny, tangens jest ujemny, cotangens jest ujemny.
a) Obliczenie sinusa:
\[ \sin(120^\circ) = \sin(180^\circ - 120^\circ) = \sin(60^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} \]
b) Obliczenie cosinusa:
\[ \cos(120^\circ) = -\cos(180^\circ - 120^\circ) = -\cos(60^\circ) = -\frac{1}{2} \]
c) Obliczenie tangensa:
\[ \tan(120^\circ) = -\tan(180^\circ - 120^\circ) = -\tan(60^\circ) = -\sqrt{3} \]
d) Obliczenie cotangensa:
\[ \cot(120^\circ) = -\cot(180^\circ - 120^\circ) = -\cot(60^\circ) = -\frac{\sqrt{3}}{3} \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Na drugim ramieniu kąta $\alpha$ w położeniu standardowym leży punkt $P$, którego odległość od początku układu współrzędnych jest równa 20. Wyznacz współrzędne punktu $P$, jeśli:
$\sin \alpha = \frac{3}{5}$ i $\alpha \in (90^{\circ}, 180^{\circ})$
Współrzędne punktu $P$ wynoszą $(-16, 12)$.
1. Znamy odległość punktu $P(x, y)$ od początku układu współrzędnych (promień $r$) oraz wartość $\sin \alpha$.
\[r = 20\]
\[\sin \alpha = \frac{3}{5}\]
Kąt $\alpha$ znajduje się w drugiej ćwiartce, ponieważ $\alpha \in (90^{\circ}, 180^{\circ})$, co oznacza, że współrzędna $x$ będzie ujemna, a $y$ dodatnia.
2. Korzystamy z jedynki trygonometrycznej, aby obliczyć $\cos \alpha$.
\[\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1\]
Podstawiamy znaną wartość $\sin \alpha$:
\[\left(\frac{3}{5}\right)^2 + \cos^2 \alpha = 1\]
\[\frac{9}{25} + \cos^2 \alpha = 1\]
\[\cos^2 \alpha = 1 - \frac{9}{25}\]
\[\cos^2 \alpha = \frac{25}{25} - \frac{9}{25}\]
\[\cos^2 \alpha = \frac{16}{25}\]
Obliczamy pierwiastek kwadratowy:
\[\cos \alpha = \pm \sqrt{\frac{16}{25}}\]
\[\cos \alpha = \pm \frac{4}{5}\]
Ponieważ $\alpha$ leży w drugiej ćwiartce, wartość $\cos \alpha$ jest ujemna:
\[\cos \alpha = -\frac{4}{5}\]
3. Wyznaczamy współrzędne punktu $P(x, y)$ korzystając ze wzorów na $\sin \alpha$ i $\cos \alpha$ w układzie współrzędnych.
\[y = r \cdot \sin \alpha\]
Podstawiamy wartości:
\[y = 20 \cdot \frac{3}{5}\]
\[y = \frac{60}{5}\]
\[y = 12\]
\[x = r \cdot \cos \alpha\]
Podstawiamy wartości:
\[x = 20 \cdot \left(-\frac{4}{5}\right)\]
\[x = -\frac{80}{5}\]
\[x = -16\]
4. Zatem współrzędne punktu $P$ to $(-16, 12)$.
Zadanie 4 (3 pkt)
W której ćwiartce układu współrzędnych znajduje się drugie ramię kąta \(\alpha\) w położeniu standardowym, jeśli:
a) \(\sin \alpha < 0\) i \(\cos \alpha > 0\)
b) \(\cos \alpha < 0\) i \(\text{tg} \alpha < 0\)?
a) Drugie ramię kąta $\alpha$ znajduje się w IV ćwiartce układu współrzędnych.
b) Drugie ramię kąta $\alpha$ znajduje się w II ćwiartce układu współrzędnych.
a) Aby określić ćwiartkę, w której znajduje się drugie ramię kąta $\alpha$, analizujemy znaki podanych funkcji trygonometrycznych.
Warunek $\sin \alpha < 0$ oznacza, że wartość funkcji sinus jest ujemna. Sinus jest ujemny w III i IV ćwiartce.
Warunek $\cos \alpha > 0$ oznacza, że wartość funkcji cosinus jest dodatnia. Cosinus jest dodatni w I i IV ćwiartce.
Oba warunki ($\sin \alpha < 0$ i $\cos \alpha > 0$) są spełnione jednocześnie tylko w:
\[\text{IV ćwiartka}\]
b) Aby określić ćwiartkę, w której znajduje się drugie ramię kąta $\alpha$, analizujemy znaki podanych funkcji trygonometrycznych.
Warunek $\cos \alpha < 0$ oznacza, że wartość funkcji cosinus jest ujemna. Cosinus jest ujemny w II i III ćwiartce.
Warunek $\text{tg} \alpha < 0$ oznacza, że wartość funkcji tangens jest ujemna. Tangens jest ujemny w II i IV ćwiartce.
Oba warunki ($\cos \alpha < 0$ i $\text{tg} \alpha < 0$) są spełnione jednocześnie tylko w:
\[\text{II ćwiartka}\]
Zadanie 5 (3 pkt)
Na drugim ramieniu kąta $\alpha$ w położeniu standardowym leży punkt $P(x, -6)$.
Oblicz $x$, wiedząc, że:
a) tg $\alpha = 3$
b) sin $\alpha = -\frac{8}{17}$
a) Odpowiedzią jest $x = -2$.
b) Możliwe wartości $x$ to $x = \frac{45}{4}$ lub $x = -\frac{45}{4}$.
a) Obliczenie $x$ dla $\text{tg} \alpha = 3$:
\[ y = -6 \]
\[ \text{tg} \alpha = \frac{y}{x} \]
\[ 3 = \frac{-6}{x} \]
\[ x = \frac{-6}{3} \]
\[ x = -2 \]
b) Obliczenie $x$ dla $\text{sin} \alpha = -\frac{8}{17}$:
\[ y = -6 \]
\[ \text{sin} \alpha = \frac{y}{r} \]
\[ -\frac{8}{17} = \frac{-6}{r} \]
\[ r = \frac{-6 \cdot 17}{-8} \]
\[ r = \frac{102}{8} \]
\[ r = \frac{51}{4} \]
\[ r^2 = x^2 + y^2 \]
\[ \left(\frac{51}{4}\right)^2 = x^2 + (-6)^2 \]
\[ \frac{2601}{16} = x^2 + 36 \]
\[ x^2 = \frac{2601}{16} - 36 \]
\[ x^2 = \frac{2601}{16} - \frac{576}{16} \]
\[ x^2 = \frac{2025}{16} \]
\[ x = \pm\sqrt{\frac{2025}{16}} \]
\[ x = \pm\frac{45}{4} \]
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Kąt $\alpha$ znajduje się w położeniu standardowym. Wiadomo, że na drugim ramieniu tego kąta leży punkt P(-8, -15). Oblicz sinus, cosinus, tangens i cotangens kąta $\alpha$.
Sinus kąta $\alpha$ wynosi $\frac{-15}{17}$, cosinus $\frac{-8}{17}$, tangens $\frac{15}{8}$, a cotangens $\frac{8}{15}$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Wyznacz wartości funkcji trygonometrycznych kąta 210°, znajdującego się w położeniu standardowym.
Wartości funkcji trygonometrycznych dla kąta $210^\circ$ wynoszą: $\sin(210^\circ) = -\frac{1}{2}$, $\cos(210^\circ) = -\frac{\sqrt{3}}{2}$, $\tan(210^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{3}$, $\cot(210^\circ) = \sqrt{3}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Na drugim ramieniu kąta $\alpha$ w położeniu standardowym leży punkt $P$, którego odległość od początku układu współrzędnych jest równa 25. Wyznacz współrzędne punktu $P$, jeśli:
$\sin \alpha = \frac{7}{25}$ i $\alpha \in (90^{\circ}, 180^{\circ})$
Współrzędne punktu $P$ wynoszą $(-24, 7)$.
Zadanie 4 (3 pkt)
W której ćwiartce układu współrzędnych znajduje się drugie ramię kąta \(\alpha\) w położeniu standardowym, jeśli:
a) \(\sin \alpha < 0\) i \(\cos \alpha > 0\)
b) \(\cos \alpha < 0\) i \(\text{tg} \alpha < 0\)?
a) Drugie ramię kąta $\alpha$ znajduje się w IV ćwiartce układu współrzędnych.
b) Drugie ramię kąta $\alpha$ znajduje się w II ćwiartce układu współrzędnych.
Zadanie 5 (3 pkt)
Na drugim ramieniu kąta $\alpha$ w położeniu standardowym leży punkt $P(x, -3)$.
Oblicz $x$, wiedząc, że:
a) tg $\alpha = 6$
b) sin $\alpha = -\frac{3}{5}$
a) Odpowiedzią jest $x = -\frac{1}{2}$.
b) Możliwe wartości $x$ to $x = 4$ lub $x = -4$.
