تمرين على المسائل الكلامية، المتطابقات، ومفاهيم دائرة الوحدة
تُعرض هنا مسائل وأسئلة حساب المثلثات للصف الحادي عشر جنباً إلى جنب مع حلولها المفصلة خطوة بخطوة. استخدم هذه الأمثلة للتمرين على المسائل الكلامية التي تتضمن زوايا الارتفاع والانخفاض، والمتطابقات المثلثية، ودوال الجيب المنزاحة، ودائرة الوحدة، وقانوني الجيب وجيب التمام.
عجلة فيريس نصف قطرها 25 متراً تقوم بدورة كاملة كل 36 ثانية. في أسفل الرحلة، يكون الراكب على ارتفاع متر واحد فوق سطح الأرض.
أ) ليكن \( h \) ارتفاع الراكب فوق سطح الأرض. حدد \( h \) كدالة في الزمن إذا كان \( h = 51 \) متراً عند \( t = 0 \).
ب) أوجد الارتفاع \( h \) بعد 45 ثانية.
أ) ليكن \( P \) موضع الراكب (انظر الشكل أدناه).
ارتفاع \( h \) للراكب يُعطى بالصيغة:
هنا، \( y \) يعتمد على زاوية الدوران \( A \). باستخدام حساب المثلثات، نكتب:
الزاوية \( A \) تعتمد على السرعة الزاوية \( \omega \) كالتالي: \( A = \omega t \).
السرعة الزاوية \( \omega \) تُعطى بـ:
بالتعويض في تعبير الارتفاع، نجد:
حيث \( t \) بالثواني والارتفاع بالأمتار.
ب) لإيجاد الارتفاع عند \( t = 45 \) ثانية:
تقيس ليندا زاوية الارتفاع من نقطة على الأرض إلى قمة شجرة فتجدها \( 35^{\circ} \). ثم تمشي مسافة 20 متراً نحو الشجرة وتجد زاوية الارتفاع من هذه النقطة الجديدة إلى قمة الشجرة \( 45^{\circ} \). أوجد ارتفاع الشجرة. (قرب الإجابة إلى ثلاثة أرقام معنوية)
باستخدام الشكل أدناه،
نكتب المعادلات التالية بناءً على المثلثات القائمة المكونة:
حيث \( h \) هو ارتفاع الشجرة. بحل المعادلتين بالنسبة لـ \( x \)، نحصل على:
مساواة التعبيرين لـ \( x \):
حل المعادلة بالنسبة لـ \( h \):
من قمة جرف ارتفاعه 200 متر، زوايتا انخفاض قاربين صيد على خط رؤية واحد في الماء هما \( 13^{\circ} \) و \( 15^{\circ} \). ما هي المسافة الفاصلة بين القاربين؟ (قرب إجابتك إلى 4 أرقام معنوية)
باستخدام الشكل أدناه، نكتب المعادلات التالية بناءً على العلاقات المثلثية:
حذف \( y \) من المعادلتين وحل المعادلة بالنسبة لـ \( x \):
ترسان متصلان. الترس الأصغر نصف قطره 4 بوصات، والترس الأكبر نصف قطره 10 بوصات. يدور الترس الأصغر بزاوية \( 890^{\circ} \) خلال 4 ثوانٍ. ما هي السرعة الزاوية للترس الأكبر، بالدرجات لكل دقيقة؟
ليكن \( R_1 \) و \( R_2 \) نصفي قطري الترس 1 والترس 2. وليكن \( t_1 \) و \( t_2 \) قوسا دوران الترسين 1 و 2 على التوالي. بما أن التروس المتصلة لها سرعة مماسية متساوية (مُقاسة بالبوصة في الثانية)، فإن القوسين \( S_1 \) و \( S_2 \) متساويان في الطول.
هنا، \( t_1 \) و \( t_2 \) هما زاويتا دوران الترسين الأكبر والأصغر على التوالي.
تُحسب السرعة الزاوية كالتالي:
سلم طوله 20 متراً يستند إلى جدار. قاعدة السلم على بعد \( x \) متراً من قاعدة الجدار والزاوية التي يصنعها الجدار مع السلم هي \( t \).
أ) أوجد \( x \) بدلالة \( t \).
ب) بدءاً من \( t = 0 \) (السلم بأكمله ضد الجدار) ثم زيادة الزاوية \( t \) تدريجياً؛ ما هو قياس الزاوية \( t \) الذي يجعل \( x \) مساوياً لربع طول السلم؟
يشكل السلم والجدار والأرض مثلثاً قائماً. إذن،
أ) \( \sin(t) = \dfrac{x}{20} \) أو \( x = 20 \sin(t) \)
ب) \( x = \dfrac{1}{4} \times 20 = 5 \)
عوض في المعادلة: \( 5 = 20 \sin(t) \Rightarrow \sin(t) = \dfrac{1}{4} \)
حل المعادلة بالنسبة لـ \( t \):
أثبت أن:
ابدأ بالطرف الأيمن:
انشر \( \sin(x + 2x) \):
الآن انشر حاصل الضرب في الطرف الأيسر:
استخدم المتطابقتين \( \cos(2x) = 1 - 2\sin^2(x) \) و \( \sin(2x) = 2\sin(x)\cos(x) \) لتحويل الحدين الأول والأخير:
تتخالف حدود \( 2\cos(x)\sin^2(x) \):
تم تحويل الطرف الأيسر ليطابق الطرف الأيمن. وبذلك ينتهي البرهان.
أوجد \( \sin(x) \) و \( \tan(x) \) إذا كان \( \cos \left(\dfrac{\pi}{2} - x \right) = - \dfrac{3}{5} \) و \( \sin \left(x + \dfrac{\pi}{2} \right) = \dfrac{4}{5} \).
انشر وبسط المعادلة الأولى باستخدام متطابقات المتممة:
انشر وبسط المعادلة الثانية:
احسب الآن \( \tan(x) \):
أوجد القيمة الدقيقة لـ:
يمكن استخدام صيغة جمع الظل بصورة عكسية هنا:
انشر باستخدام الزوايا الخاصة:
اضرب بسط ومقام الكسر في 3:
انطق المقام:
أوجد القيمة الدقيقة لـ \( \tan (s + t) \) علماً بأن \( \sin(s) = \dfrac{1}{4} \)، و \( s \) في الربع الثاني، وأن \( \sin(t) = -\dfrac{1}{2} \)، و \( t \) في الربع الرابع.
بمعرفة \( \sin(s) = \dfrac{1}{4} \) و \( \sin(t) = -\dfrac{1}{2} \)، والربعين الخاصين بهما، استخدم متطابقة فيثاغورس لإيجاد \( \cos(s) \) و \( \cos(t) \).
نشر صيغة مجموع الظل باستخدام الجيب وجيب التمام:
عوض بالقيم:
اضرب في 8 وبسط \( \sqrt{45} = 3\sqrt{5} \):
إنطاق المقام يعطي:
أوجد القيمة الدقيقة لـ \( \cos \left(\dfrac{13 \pi}{12} \right) \).
أولاً، بسط الزاوية إلى ربع مألوف:
طبق الآن صيغة نصف الزاوية نظراً لأن \( \dfrac{\pi}{12} \) هي نصف \( \dfrac{\pi}{6} \):
عوض بـ \( \cos(\pi/6) = \sqrt{3}/2 \):
تمثيل الدالة \( f \) البياني هو تمثيل الدالة \( g(x) = a \sin \left(x - \dfrac{\pi}{3} \right) \) مزاحاً رأسياً بمقدار \( + 2 \). وأيضاً \( f\left(\dfrac{\pi}{2}\right) = 1 \). أوجد صيغة للدالة \( f \) بدلالة \( x \).
تُعطى الدالة \( f \) بالصورة:
يمثل هذا إزاحة رأسية لتمثيل \( g(x) \) البياني للأعلى بمقدار وحدتين. وتُعطى القيمة \( f\left(\dfrac{\pi}{2}\right) = 1 \).
عوض بـ \( x = \dfrac{\pi}{2} \) في الدالة:
باستخدام القيمة المعروفة \( \sin\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \dfrac{1}{2} \)، نحصل على:
المعادلة النهائية:
اكتب معادلة لدالة جيب بسعة \( 5/3 \)، ودورة \( \pi/2 \)، وإزاحة رأسية بمقدار \( 4 \) وحدات للأعلى.
الصورة العامة للدالة مُعطاة كالتالي:
من المسألة، نعرف: السعة \( A = 5/3 \)، الإزاحة الرأسية \( D = 4 \)، وإزاحة الطور \( C = 0 \).
أُخبرنا أن الدورة هي \( \pi/2 \). العلاقة بين الدورة و \( B \) هي:
حل المعادلة بالنسبة لـ \( B \):
عوض بـ \( A \)، و \( B \)، و \( D \) في الدالة:
ما هي الزاوية \( B \) للمثلث \( ABC \)، علماً بأن \( A = 46^\circ \)، و \( b = 4 \)، و \( c = 8 \)؟ (ملاحظة: الضلع \( a \) يقابل الزاوية \( A \)، والضلع \( b \) يقابل الزاوية \( B \)، والضلع \( c \) يقابل الزاوية \( C \)).
لإيجاد طول الضلع \( a \)، نطبق قانون جيب التمام:
بعد ذلك، نستخدم قانون الجيب لإيجاد الزاوية \( B \):
حل المعادلة بالنسبة للزاوية \( B \):
أوجد جميع زوايا مثلث أطوال أضلاعه \( 9 \)، و \( 12 \)، و \( 15 \).
لاحظ أن:
هذا يعني أن المثلث المعني هو مثلث قائم الزاوية. أكبر زاوية تساوي تماماً \( 90^\circ \).
ليكن الزاوية \( A \) هي الزاوية المقابلة للضلع الذي طوله 9. باستخدام SOH CAH TOA:
الزاوية \( A \) تقارب \( 37^\circ \) (مقربة إلى أقرب درجة).
الزاوية الثالثة هي:
هل أنت مستعد لاختبار حدودك؟ تدمج مسائل التحدي هذه مفاهيم متعددة من الصف الحادي عشر بما في ذلك المعادلات، والمتطابقات، والهندسة المتقدمة.
أوجد جميع حلول \( x \) في الفترة \( [0, 2\pi) \) للمعادلة:
الخطوة 1: استخدم متطابقة فيثاغورس \( \cos^2(x) = 1 - \sin^2(x) \) لكتابة المعادلة بالكامل بدلالة الجيب.
الخطوة 2: انقل جميع الحدود إلى طرف واحد لتكوين معادلة تربيعية قياسية مساوية للصفر.
الخطوة 3: حلل المقدار التربيعي. اعتبر \( \sin(x) \) كمتغير.
الخطوة 4: حل كل عامل بالنسبة لـ \( x \) على الفترة \( [0, 2\pi) \).
الحالة 1: \( 2\sin(x) + 1 = 0 \Rightarrow \sin(x) = -1/2 \)
الحالة 2: \( \sin(x) - 1 = 0 \Rightarrow \sin(x) = 1 \)
الإجابة: \( \mathbf{x = \dfrac{\pi}{2}, \dfrac{7\pi}{6}, \dfrac{11\pi}{6}} \)
بسط التعبير التالي بالكامل:
الخطوة 1: اجمع الكسرين بإيجاد مقام مشترك، وهو \( \sin(x)\cos(x) \).
الخطوة 2: لاحظ أن البسط هو بالضبط الصورة المنشورة لمتطابقة فرق الجيب: \( \sin(A - B) = \sin A \cos B - \cos A \sin B \).
الخطوة 3: طبق متطابقة الزاوية المضاعفة للجيب في البسط: \( \sin(2x) = 2\sin(x)\cos(x) \).
الخطوة 4: اختصر الحدود المشتركة.
الإجابة: \( \mathbf{2} \)
مثلث غير قائم الزاوية أطوال أضلاعه \( a = 5 \)، و \( b = 7 \)، و \( c = 8 \). أوجد المساحة الدقيقة للمثلث باستخدام حساب المثلثات بدون آلة حاسبة.
الخطوة 1: لإيجاد المساحة باستخدام \( \text{المساحة} = \dfrac{1}{2}ab\sin(C) \)، نحتاج أولاً لإيجاد الزاوية \( C \). يمكننا استخدام قانون جيب التمام لذلك.
الخطوة 2: استخدم الآن متطابقة فيثاغورس لإيجاد \( \sin(C) \). بما أن \( C \) زاوية في مثلث، يجب أن تكون \( \sin(C) \) موجبة.
الخطوة 3: احسب المساحة.
تتخالف الـ 7، و \( \dfrac{1}{2} \cdot 4 = 2 \).