13.1 Trygonometria kąta ostrego – powtórzenie wiadomości z klasy 1
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Przyprostokątne trójkąta prostokątnego mają długość 6 cm i 8 cm. Oblicz funkcje trygonometryczne najmniejszego kąta w tym trójkącie.
Funkcje trygonometryczne najmniejszego kąta wynoszą: $\sin \alpha = \frac{3}{5}$, $\cos \alpha = \frac{4}{5}$, $\tan \alpha = \frac{3}{4}$ i $\cot \alpha = \frac{4}{3}$.
Przyprostokątne trójkąta prostokątnego to $a = 6 \ \text{cm}$ i $b = 8 \ \text{cm}$.
Obliczenie długości przeciwprostokątnej $c$ z twierdzenia Pitagorasa:
\[c^2 = a^2 + b^2\]
Podstawiając wartości:
\[c^2 = 6^2 + 8^2\]
\[c^2 = 36 + 64\]
\[c^2 = 100\]
Obliczanie pierwiastka:
\[c = \sqrt{100}\]
\[c = 10 \ \text{cm}\]
Najmniejszy kąt leży naprzeciwko krótszej przyprostokątnej (6 cm). Oznaczmy ten kąt jako $\alpha$.
Obliczenie funkcji trygonometrycznych dla kąta $\alpha$:
\[\sin \alpha = \frac{\text{przyprostokątna przeciwna}}{\text{przeciwprostokątna}}\]
\[\sin \alpha = \frac{6}{10} = \frac{3}{5}\]
\[\cos \alpha = \frac{\text{przyprostokątna przyległa}}{\text{przeciwprostokątna}}\]
\[\cos \alpha = \frac{8}{10} = \frac{4}{5}\]
\[\tan \alpha = \frac{\text{przyprostokątna przeciwna}}{\text{przyprostokątna przyległa}}\]
\[\tan \alpha = \frac{6}{8} = \frac{3}{4}\]
\[\cot \alpha = \frac{\text{przyprostokątna przyległa}}{\text{przyprostokątna przeciwna}}\]
\[\cot \alpha = \frac{8}{6} = \frac{4}{3}\]
Zadanie 2 (2 pkt)
Oblicz wartość wyrażenia: $ \sin 30^\circ \cdot \tan 60^\circ \cdot \cos 60^\circ \cdot \cot 60^\circ \cdot \tan^2 45^\circ $
Wartość wyrażenia wynosi $\frac{1}{4}$.
Obliczamy wartość każdej funkcji trygonometrycznej:
\[ \sin 30° = \frac{1}{2} \]
\[ \text{tg} \ 60° = \sqrt{3} \]
\[ \cos 60° = \frac{1}{2} \]
\[ \text{ctg} \ 60° = \frac{1}{\sqrt{3}} \]
\[ \text{tg} \ 45° = 1 \]
Obliczamy kwadrat tangensa:
\[ \text{tg}^2 \ 45° = 1^2 = 1 \]
Podstawiamy obliczone wartości do wyrażenia:
\[ \sin 30° \cdot \text{tg} \ 60° \cdot \cos 60° \cdot \text{ctg} \ 60° \cdot \text{tg}^2 \ 45° = \frac{1}{2} \cdot \sqrt{3} \cdot \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot 1 \]
Wykonujemy mnożenie:
\[ = \left(\frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2}\right) \cdot \left(\sqrt{3} \cdot \frac{1}{\sqrt{3}}\right) \cdot 1 \]
\[ = \frac{1}{4} \cdot 1 \cdot 1 \]
\[ = \frac{1}{4} \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Dla kąta ostrego $\alpha$, którego sinus wynosi $\frac{4}{5}$, oblicz wartości funkcji trygonometrycznych: $\cos \alpha$, $\operatorname{tg} \alpha$ oraz $\operatorname{ctg} \alpha$.
Wartości funkcji trygonometrycznych wynoszą: $\cos \alpha = \frac{3}{5}$, $\operatorname{tg} \alpha = \frac{4}{3}$ oraz $\operatorname{ctg} \alpha = \frac{3}{4}$.
Korzystamy z jedynki trygonometrycznej:
\[ \sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1 \]
Podstawiamy wartość $\sin \alpha$:
\[ \left(\frac{4}{5}\right)^2 + \cos^2 \alpha = 1 \]
\[ \frac{16}{25} + \cos^2 \alpha = 1 \]
\[ \cos^2 \alpha = 1 - \frac{16}{25} \]
\[ \cos^2 \alpha = \frac{9}{25} \]
Ponieważ $\alpha$ jest kątem ostrym, $\cos \alpha > 0$.
\[ \cos \alpha = \sqrt{\frac{9}{25}} = \frac{3}{5} \]
Następnie obliczamy $\operatorname{tg} \alpha$:
\[ \operatorname{tg} \alpha = \frac{\sin \alpha}{\cos \alpha} \]
\[ \operatorname{tg} \alpha = \frac{\frac{4}{5}}{\frac{3}{5}} = \frac{4}{3} \]
Na koniec obliczamy $\operatorname{ctg} \alpha$:
\[ \operatorname{ctg} \alpha = \frac{1}{\operatorname{tg} \alpha} \]
\[ \operatorname{ctg} \alpha = \frac{1}{\frac{4}{3}} = \frac{3}{4} \]
Zadanie 4 (4 pkt)
Oblicz:
a) $\cos^2 15^\circ + \cos^2 75^\circ$
b) $\text{tg } 20^\circ \cdot \text{tg } 70^\circ \cdot \text{tg } 30^\circ$
a) Wynikiem wyrażenia jest $1$.
b) Wartość wyrażenia wynosi $\frac{\sqrt{3}}{3}$.
a) Obliczenie wartości $\cos^2 15^\circ + \cos^2 75^\circ$:
Korzystamy z tożsamości $\cos(90^\circ - \alpha) = \sin(\alpha)$.
\[ \cos 75^\circ = \cos(90^\circ - 15^\circ) = \sin 15^\circ \]
Podstawiamy do wyrażenia:
\[ \cos^2 15^\circ + \cos^2 75^\circ = \cos^2 15^\circ + \sin^2 15^\circ \]
Korzystamy z jedynki trygonometrycznej $\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1$.
\[ \cos^2 15^\circ + \sin^2 15^\circ = 1 \]
b) Obliczenie wartości $\text{tg } 20^\circ \cdot \text{tg } 70^\circ \cdot \text{tg } 30^\circ$:
Korzystamy z tożsamości $\text{tg}(90^\circ - \alpha) = \text{ctg}(\alpha)$.
\[ \text{tg } 70^\circ = \text{tg}(90^\circ - 20^\circ) = \text{ctg } 20^\circ \]
Podstawiamy do wyrażenia:
\[ \text{tg } 20^\circ \cdot \text{tg } 70^\circ \cdot \text{tg } 30^\circ = \text{tg } 20^\circ \cdot \text{ctg } 20^\circ \cdot \text{tg } 30^\circ \]
Korzystamy z tożsamości $\text{tg } \alpha \cdot \text{ctg } \alpha = 1$.
\[ \text{tg } 20^\circ \cdot \text{ctg } 20^\circ = 1 \]
Zatem wyrażenie upraszcza się do:
\[ 1 \cdot \text{tg } 30^\circ = \text{tg } 30^\circ \]
Wiemy, że $\text{tg } 30^\circ = \frac{\sqrt{3}}{3}$.
\[ \text{tg } 30^\circ = \frac{\sqrt{3}}{3} \]
Zadanie 5 (5 pkt)
Wykaż, że dla dowolnego kąta ostrego $2[\sin \alpha - \sin(90^\circ - \alpha)]^2 + 2[\cos \alpha + \cos(90^\circ - \alpha)]^2 = 4$
Równość $2\left[\sin \alpha - \sin(90^\circ - \alpha)\right]^2 + 2\left[\cos \alpha + \cos(90^\circ - \alpha)\right]^2 = 4$ jest prawdziwa dla dowolnego kąta ostrego $\alpha$.
a) Obliczenie lewej strony równości:
Korzystamy z tożsamości trygonometrycznych dla kątów dopełniających:
\[\sin(90^\circ - \alpha) = \cos \alpha\]
\[\cos(90^\circ - \alpha) = \sin \alpha\]
Podstawiamy te tożsamości do lewej strony równania:
\[L = 2\left[\sin \alpha - \cos \alpha\right]^2 + 2\left[\cos \alpha + \sin \alpha\right]^2\]
Wyłączamy wspólny czynnik 2 przed nawias:
\[L = 2\left( \left[\sin \alpha - \cos \alpha\right]^2 + \left[\cos \alpha + \sin \alpha\right]^2 \right)\]
Rozwijamy kwadraty, korzystając ze wzorów skróconego mnożenia $(a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2$ i $(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2$:
\[L = 2\left( (\sin^2 \alpha - 2\sin \alpha \cdot \cos \alpha + \cos^2 \alpha) + (\cos^2 \alpha + 2\sin \alpha \cdot \cos \alpha + \sin^2 \alpha) \right)\]
Grupujemy wyrazy w nawiasie:
\[L = 2\left( \sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha + \sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha - 2\sin \alpha \cdot \cos \alpha + 2\sin \alpha \cdot \cos \alpha \right)\]
Redukujemy wyrazy $2\sin \alpha \cdot \cos \alpha$ w nawiasie:
\[L = 2\left( \sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha + \sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha \right)\]
Korzystamy z jedynki trygonometrycznej $\sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1$:
\[L = 2(1 + 1)\]
\[L = 2 \cdot 2\]
\[L = 4\]
Prawa strona równania wynosi $P = 4$.
Ponieważ $L = P$, równość jest prawdziwa, co należało wykazać.
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Przyprostokątne trójkąta prostokątnego mają długość 5 cm i 12 cm. Oblicz funkcje trygonometryczne najmniejszego kąta w tym trójkącie.
Funkcje trygonometryczne najmniejszego kąta wynoszą: $\sin \alpha = \frac{5}{13}$, $\cos \alpha = \frac{12}{13}$, $\tan \alpha = \frac{5}{12}$ i $\cot \alpha = \frac{12}{5}$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Oblicz wartość wyrażenia: $ \sin 45^\circ \cdot \operatorname{tg} 30^\circ \cdot \cos 45^\circ \cdot \operatorname{ctg} 30^\circ \cdot \operatorname{tg}^2 60^\circ $.
Wartość wyrażenia wynosi $\frac{3}{2}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Dla kąta ostrego $\alpha$, którego sinus wynosi $\frac{5}{13}$, oblicz wartości funkcji trygonometrycznych: $\cos \alpha$, $\operatorname{tg} \alpha$ oraz $\operatorname{ctg} \alpha$.
Wartości funkcji trygonometrycznych wynoszą: $\cos \alpha = \frac{12}{13}$, $\operatorname{tg} \alpha = \frac{5}{12}$ oraz $\operatorname{ctg} \alpha = \frac{12}{5}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
Oblicz:
a) $\cos^2 35^\circ + \cos^2 55^\circ$
b) $\text{tg } 10^\circ \cdot \text{tg } 80^\circ \cdot \text{tg } 45^\circ$
a) Wynikiem wyrażenia jest $1$.
b) Wartość wyrażenia wynosi $1$.
Zadanie 5 (5 pkt)
Wykaż, że dla dowolnego kąta ostrego $3[\sin \alpha - \sin(90^\circ - \alpha)]^2 + 3[\cos \alpha + \cos(90^\circ - \alpha)]^2 = 6$
Równość $3\left[\sin \alpha - \sin(90^\circ - \alpha)\right]^2 + 3\left[\cos \alpha + \cos(90^\circ - \alpha)\right]^2 = 6$ jest prawdziwa dla dowolnego kąta ostrego $\alpha$.
