Angoli speciali della circonferenza trigonometrica

Trovare i valori trigonometrici esatti usando la simmetria

Come si trovano i valori esatti di seno e coseno senza calcolatrice? Memorizzando il primo quadrante della circonferenza trigonometrica e applicando la simmetria geometrica di base, puoi determinare facilmente i valori trigonometrici per qualsiasi angolo correlato.

Comprendere la simmetria della circonferenza trigonometrica

Qualsiasi linea passante per il centro di un cerchio è una linea di simmetria. Consideriamo una circonferenza trigonometrica con il suo centro nell'origine \( (0,0) \). Siamo interessati a tre tipi specifici di simmetria:

La circonferenza trigonometrica sottostante mostra il coseno (coordinata x) e il seno (coordinata y) per gli angoli speciali in radianti e gradi: \( 0, \dfrac{\pi}{6} (30^\circ), \dfrac{\pi}{4} (45^\circ), \dfrac{\pi}{3} (60^\circ) \) e \( \dfrac{\pi}{2} (90^\circ) \).

Circonferenza trigonometrica che mostra gli angoli speciali nel 1º quadrante
Figura 1. La circonferenza trigonometrica e gli angoli speciali del 1º quadrante

Angoli correlati a \( \dfrac{\pi}{3} \) (60°)

Considera gli angoli: \( \dfrac{2\pi}{3} \), \( \dfrac{4\pi}{3} \) e \( \dfrac{5\pi}{3} \). Hanno tutti un angolo di riferimento pari a \( \dfrac{\pi}{3} \).

Valori di base: \( \cos\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \dfrac{1}{2}, \quad \sin\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \dfrac{\sqrt{3}}{2} \)

1. Simmetria rispetto all'asse y (2º Quadrante)

\[ \dfrac{2\pi}{3} = \pi - \dfrac{\pi}{3} \]

Nel 2º Quadrante, x è negativo e y è positivo.

\[ \cos\left(\dfrac{2\pi}{3}\right) = -\cos\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \mathbf{-\dfrac{1}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{2\pi}{3}\right) = \sin\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \mathbf{\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \]

2. Simmetria rispetto all'origine (3º Quadrante)

\[ \dfrac{4\pi}{3} = \pi + \dfrac{\pi}{3} \]

Nel 3º Quadrante, sia x che y sono negativi.

\[ \cos\left(\dfrac{4\pi}{3}\right) = -\cos\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \mathbf{-\dfrac{1}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{4\pi}{3}\right) = -\sin\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \]

3. Simmetria rispetto all'asse x (4º Quadrante)

\[ \dfrac{5\pi}{3} = 2\pi - \dfrac{\pi}{3} \]

Nel 4º Quadrante, x è positivo e y è negativo.

\[ \cos\left(\dfrac{5\pi}{3}\right) = \cos\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \mathbf{\dfrac{1}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{5\pi}{3}\right) = -\sin\left(\dfrac{\pi}{3}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \]

Angoli correlati a \( \dfrac{\pi}{6} \) (30°)

Considera gli angoli: \( \dfrac{5\pi}{6} \), \( \dfrac{7\pi}{6} \) e \( \dfrac{11\pi}{6} \). Hanno tutti un angolo di riferimento pari a \( \dfrac{\pi}{6} \).

Valori di base: \( \cos\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \dfrac{\sqrt{3}}{2}, \quad \sin\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \dfrac{1}{2} \)

1. Simmetria rispetto all'asse y (2º Quadrante)

\[ \dfrac{5\pi}{6} = \pi - \dfrac{\pi}{6} \]

\[ \cos\left(\dfrac{5\pi}{6}\right) = -\cos\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{5\pi}{6}\right) = \sin\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \mathbf{\dfrac{1}{2}} \]

2. Simmetria rispetto all'origine (3º Quadrante)

\[ \dfrac{7\pi}{6} = \pi + \dfrac{\pi}{6} \]

\[ \cos\left(\dfrac{7\pi}{6}\right) = -\cos\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{7\pi}{6}\right) = -\sin\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \mathbf{-\dfrac{1}{2}} \]

3. Simmetria rispetto all'asse x (4º Quadrante)

\[ \dfrac{11\pi}{6} = 2\pi - \dfrac{\pi}{6} \]

\[ \cos\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) = \cos\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \mathbf{\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) = -\sin\left(\dfrac{\pi}{6}\right) = \mathbf{-\dfrac{1}{2}} \]

Angoli correlati a \( \dfrac{\pi}{4} \) (45°)

Considera gli angoli: \( \dfrac{3\pi}{4} \), \( \dfrac{5\pi}{4} \) e \( \dfrac{7\pi}{4} \). Hanno tutti un angolo di riferimento pari a \( \dfrac{\pi}{4} \).

Valori di base: \( \cos\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \dfrac{\sqrt{2}}{2}, \quad \sin\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \dfrac{\sqrt{2}}{2} \)

1. Simmetria rispetto all'asse y (2º Quadrante)

\[ \dfrac{3\pi}{4} = \pi - \dfrac{\pi}{4} \]

\[ \cos\left(\dfrac{3\pi}{4}\right) = -\cos\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{3\pi}{4}\right) = \sin\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \mathbf{\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \]

2. Simmetria rispetto all'origine (3º Quadrante)

\[ \dfrac{5\pi}{4} = \pi + \dfrac{\pi}{4} \]

\[ \cos\left(\dfrac{5\pi}{4}\right) = -\cos\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{5\pi}{4}\right) = -\sin\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \]

3. Simmetria rispetto all'asse x (4º Quadrante)

\[ \dfrac{7\pi}{4} = 2\pi - \dfrac{\pi}{4} \]

\[ \cos\left(\dfrac{7\pi}{4}\right) = \cos\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \mathbf{\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \]

\[ \sin\left(\dfrac{7\pi}{4}\right) = -\sin\left(\dfrac{\pi}{4}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \]

Domande di sfida

Applica la tua conoscenza della circonferenza trigonometrica, degli angoli di riferimento e degli angoli coterminali per risolvere i seguenti problemi senza l'ausilio di una calcolatrice.

Domanda 1 (Angoli negativi): Trova il valore esatto di \( \cos\left(-\dfrac{3\pi}{4}\right) \) e \( \sin\left(-\dfrac{3\pi}{4}\right) \).

Mostra la soluzione

Passo 1: Un angolo negativo significa una rotazione in senso orario. Per trovare un angolo coterminale positivo, aggiungi \( 2\pi \).

\[ -\dfrac{3\pi}{4} + \dfrac{8\pi}{4} = \dfrac{5\pi}{4} \]

Passo 2: L'angolo \( \dfrac{5\pi}{4} \) si trova nel 3º Quadrante. Sia il seno che il coseno sono negativi.

Risposta: \( \cos\left(-\dfrac{3\pi}{4}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \) e \( \sin\left(-\dfrac{3\pi}{4}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{2}}{2}} \)

Domanda 2 (Angoli maggiori di \( 2\pi \)): Trova il seno e il coseno esatti di \( \dfrac{16\pi}{3} \).

Mostra la soluzione

Passo 1: Trova un angolo coterminale compreso tra \( 0 \) e \( 2\pi \) sottraendo ripetutamente cerchi completi (\( 2\pi \) o \( \dfrac{6\pi}{3} \)).

\[ \dfrac{16\pi}{3} - \dfrac{6\pi}{3} = \dfrac{10\pi}{3} \]

\[ \dfrac{10\pi}{3} - \dfrac{6\pi}{3} = \dfrac{4\pi}{3} \]

Passo 2: L'angolo \( \dfrac{4\pi}{3} \) si trova nel 3º Quadrante con un angolo di riferimento di \( \dfrac{\pi}{3} \).

Risposta: \( \cos\left(\dfrac{16\pi}{3}\right) = \mathbf{-\dfrac{1}{2}} \) e \( \sin\left(\dfrac{16\pi}{3}\right) = \mathbf{-\dfrac{\sqrt{3}}{2}} \)

Domanda 3 (Funzioni reciproche): Trova il valore esatto di \( \sec\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) \) e \( \csc\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) \).

Mostra la soluzione

Passo 1: Identifica i valori di base di seno e coseno. L'angolo \( \dfrac{11\pi}{6} \) si trova nel 4º Quadrante.

\[ \cos\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) = \dfrac{\sqrt{3}}{2} \quad \text{e} \quad \sin\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) = -\dfrac{1}{2} \]

Passo 2: Usa le identità reciproche: \( \sec(\theta) = \dfrac{1}{\cos(\theta)} \) e \( \csc(\theta) = \dfrac{1}{\sin(\theta)} \).

\[ \sec\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) = \dfrac{2}{\sqrt{3}} = \mathbf{\dfrac{2\sqrt{3}}{3}} \]

\[ \csc\left(\dfrac{11\pi}{6}\right) = \dfrac{1}{-1/2} = \mathbf{-2} \]

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