Cosinus
În matematică , în special în trigonometrie , având în vedere un triunghi dreptunghiular , cosinusul unuia dintre cele două unghiuri interne adiacente hipotenuzei este definit ca raportul dintre lungimile catetului adiacent unghiului și ale hipotenuzei .
Mai general, cosinusul unui unghi , exprimată în grade sau radiani , este o cantitate care depinde doar de , construită folosind circumferința unității .
Definirea modului valoarea cosinusului în unghi , obținem funcția cosinus, o funcție trigonometrică de importanță fundamentală în analiza matematică .
S-ar putea afirma în continuare că cosinusul este abscisa extremului calculat în raport cu raza sa unitară (a circumferinței goniometrice ) Din aceasta se poate deduce că:
- pentru valori cuprinse între 0º și 90º cosinusul punctului scade;
- pentru valori cuprinse între 90º și 180º cosinusul punctului scade;
- pentru valori cuprinse între 180º și 270º cosinusul punctului crește;
- pentru valori cuprinse între 270º și 360º cosinusul punctului crește.
Definiție
În triunghiul roșu din figură, cosinusul lui este dat de
Mai general, cosinusul este definit prin luarea unei circumferințe a razei unitare și a razei care iese din origine care formează un unghi cu axa absciselor ca în figură. Cosinusul unghiului prin urmare, este definită ca valoarea coordonatei a punctului de intersecție între prima rază și circumferința (în figură, este lungimea segmentului ).
Următorul tabel listează principalele valori notabile asumate de funcția cosinus: [1] [2]
în radiani | 0 | ||||||||||
în grade | 0 ° | 15 ° | 18 ° | 30 ° | 45 ° | 60 ° | 75 ° | 90 ° | 180 ° | 270 ° | 360 ° |
Există o altă definiție a cosinusului în raport cu rotațiile: cosinusul unui unghi este componenta de-a lungul axei abscisei unității vectoriale , vector unitate de axă , rotit de .
Funcția cosinusului
Funcția cosinusului este definită prin asocierea cu cosinusul unghiului (reprezentat în radiani), și este indicat cu . Atâta timp cât Și definiți același unghi pentru orice întreg , funcția cosinusului este o funcție periodică a perioadei Curba graficului acestei funcții se numește cosinusoid . [3] Ansamblul variabilității funcției cosinusului este , adică, aplicând această funcție oricărui număr real obținem întotdeauna un număr real între Și , extreme incluse.
Cosinus și sinus
Între sinus și cosinus există relația fundamentală, numită prima relație fundamentală (sau lege) a trigonometriei: [4]
ceea ce este o consecință a teoremei lui Pitagora .
Proprietăți analitice ale cosinusului
Derivata funcției cosinus este opusul funcției sinus. [5] [6] . Adică avem:
Acest lucru poate fi demonstrat prin aplicarea unei formule de prostoafereză pentru a calcula limita raportului incremental al cosinusului:
- [7] .
A doua derivată a cosinusului este funcția în sine schimbată în semn:
prin urmare, funcția cosinusului (precum și funcția sinus ) rezolvă ecuația diferențială
- ,
care descrie mișcarea unui oscilator armonic liber ideal.
Funcția cosinusului este o funcție derivată echilimitată (de fapt avem pentru fiecare ) și, prin urmare, este analitică ; expansiunea sa din seria Taylor este: [8]
pentru fiecare real.
În analiza matematică, această egalitate este adesea utilizată pentru a defini cosinusul. Aceeași serie definește cosinusul ca o funcție holomorfă pe întregul plan complex .
Primitivul cosinusului este sinusul, adică:
Ecuații fundamentale relative la cosinus
Următorul arc plus (și scădere) formulă se aplică:
și în special formula de duplicare
Formula de bisecție pentru cosinus este: [9]
Următoarele sunt formulele de prosterafere legate de cosinus :
Lanțul inegalităților se aplică și:
Demonstrație |
---|
Luați în considerare circumferința unității și lăsați-o să fie , așa cum se arată în figură. Desenați raza care iese din originea care formează un unghi (în sens invers acelor de ceasornic) în ceea ce privește semiaxa pozitivă a absciselor. Apoi coordonatele punctului de intersecție ale razei cu circumferința sunt . Desenați segmentul care se unește până la punctul . De asemenea, să fie punctul de intersecție dintre rază și linia abscisei (axa tangentelor). are coordonate . Observăm că triunghiul este strict încadrat în sectorul circular , care la rândul său este strâns închis în triunghi . Atunci se aplică inegalitatea zonelor respective (amintiți-vă că este unghiul, exprimat în radiani ): sau Din prima parte a inegalității rezultă că , în timp ce îl manipulați pe al doilea, adică împărțind la (ceea ce este posibil pentru că ), avem că: sau unde s-a înmulțit în cele din urmă cu si pentru , care păstrează direcția inegalității, deoarece ambele sunt pozitive. Rezumând rezultatele,
QED . |
Există, de asemenea, o identitate trigonometrică care leagă funcția cosinus de funcția tangentă :
- [10] .
Această identitate, numită formula parametrică , are o importanță fundamentală în rezolvarea ecuațiilor goniometrice în care necunoscutul apare ca argument atât al unui sinus, cât și al unui cosinus (sau al funcțiilor derivate din acestea). Există, de fapt, o identitate analogă în ceea ce privește sânul, care permite rezolvarea ecuației în necunoscut . În mod similar, această relație poate fi exploatată pentru calculul primitivelor funcțiilor goniometrice.
Definiții conexe
Reciprocul cosinusului (definit unde cosinusul este diferit de zero) este secanta : [11]
Funcția cosinusului este injectivă pe parcursul intervalului și, prin urmare, are un invers , numit arccosine (notat cu sau cu care preia notația funcției inverse ). [12]
Alte proprietăți
Din formula lui Euler se poate deduce că funcția cosinusului este legată de funcția exponențială și de funcția cosinusului hiperbolic . De fapt, pentru orice număr real da ai
În analiza complexă , aplicândteorema factorizării Weierstrass funcției cosinusului, aceasta poate fi exprimată ca un produs infinit , folosind următoarea formulă care se aplică pentru orice număr complex
Un alt produs infinit raportează sinusul și cosinusul:
Există, de asemenea, o relație între funcția cosinus și funcția Gamma dată de următoarea integrală definită, valabilă pentru : [13]
În cele din urmă, folosind formula fracției continue a lui Euler, este posibil să se exprime funcția cosinusului sub forma unei fracții continue : [14]
Originea numelui
Termenul cosinus provine din latinescul complementi sinus „sinusul complementarului (unghiului)”. [15] Într-adevăr, pentru unghiurile dintre și , cosinusul unui unghi este sinusul unghiului complementar , adică
Această relație, care se obține din suma formulelor arcurilor, este valabilă pentru fiecare ; totuși noțiunea geometrică de unghi complementar se aplică doar unghiurilor pozitive și, prin urmare, inclusă între și .
Originea numelui sine (înțeles în sensul de golf ) se întoarce la rândul său la o traducere incorectă a unui termen arab.
Notă
- ^ Valorile funcțiilor goniometrice , pe youmath.it , YouMath. Accesat 19 octombrie 2016.
- ^ ExerciseMatica.com , https://www.esercizimatematica.com/tabella-seno-coseno-con-tutti-gli-angoli/ .
- ^ cosinusoide , în Dicționar de științe fizice , Treccani, 1996. Adus 19 octombrie 2016 .
- ^ Formule trigonometrice , pe youmath.it , YouMath. Accesat 19 octombrie 2016.
- ^ Derivat al cosinusului , pe youmath.it , YouMath. Accesat 19 octombrie 2016.
- ^ Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volumul 5 , Ghisetti și Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4 . p.283
- ^ . Ultimul pas folosește limita notabilă :
- ^ Carla Maderna și Paolo Maurizio Soardi, Lecții de analiză matematică , CittàStudi Edizioni - Milano, 1995, ISBN 88-251-7090-4 . p.238
- ^ Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volumul 4 , Ghisetti și Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0432-7 . p.245
- ^ De fapt avem, în virtutea unității goniometrice și împărțirea la (atâta timp cât nu este nulă), identitatea
- .
- ^ secante , în Enciclopedie online , Treccani. Accesat 19 octombrie 2016.
- ^ arcocoséno , în Enciclopedie online , Treccani. Accesat 19 octombrie 2016.
- ^ Wolfram Mathworld - Cosinus , la mathworld.wolfram.com . Adus 9 aprilie 2020.
- ^ Mauro Fiorentini - Funcții exprimate prin fracții continue , pe bitman.name . Adus pe 10 aprilie 2020 .
- ^ cosinus în „Dicționar de științe fizice”
Bibliografie
- C. Maderna și Soardi PM, lecții de matematică, Ediții CittàStudi - Milano, 1995, ISBN 88-251-7090-4 .
- Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volumul 5 , Ghisetti și Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4 .
- Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volumul 4 , Ghisetti și Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0432-7 .
Elemente conexe
- Sân (matematică)
- Legea cosinusului
- Cosinusoid
- Funcția trigonometrică
- Tangent (matematică)
- Arccosine
- Circumferința raportorului
- Formula lui Euler
- Formule de duplicare
- Formule de bisecție
- Formule de prostafereză
- Formule Werner
- Funcția periodică
- Funcție alternativă
- Cosinus hiperbolic
Alte proiecte
- Wikționarul conține dicționarul lema „ cosinus ”
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe cosinus