Vamos transformar arcos?

Sendo x um número real positivo, tem-se as seguintes relações entre o seno, cosseno e tangente de x e -x:

  • sen (-x) = - sen x
  • cos (-x) = cos x
  • tg (-x) = - tg x

Exemplos:

  • a) sen (-30º) = - sen 30º = -1/2
  • b) cos (-60º) = cos 60º = 1/2
  • c) tg (-45º) = - tg 45º = -1

Dados dois arcos trigonométricos, de medidas a e b, podemos calcular o seno, cosseno e a tangente da soma desses arcos através das identidades a seguir, conhecidas por fórmulas de adição de arcos:

  • sen (a + b) = sen a ∙ cos b + sen b ∙ cos a
  • cos (a + b) = cos a ∙ cos b + sen a ∙ sen b
  • tg (a + b) = \( \dfrac{tg a + tg b}{1 - tg a \cdot tg b} \)

Exemplo:

Para calcular sen 75º, pode-se proceder da seguinte maneira:

sen 75º = sen (45º + 30º) = sen 45º ∙ cos 30º + sen 30º ∙ cos 45º

\(\dfrac{\sqrt{2}}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} + \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{2}}{2}\)

\(\dfrac{\sqrt{6}}{4} + \dfrac{\sqrt{2}}{4}\) = \(\dfrac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}\)

Determine o valor de y = sen(\(\pi\) + x).

Solução

sen(\(\pi\) + x) = sen \(\pi\) ∙ cos x + sen x ∙ cos \(\pi\)

0 ∙ cos x + sen x ∙ (-1) = - sen x

Determine cos 75º.

Solução

cos 75º

cos (45º + 30º)

cos 45º ∙ cos 30º - sen 30º ∙ sen 45º

\(\dfrac{\sqrt{2}}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} - \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{2}}{2}\)

\(\dfrac{\sqrt{6}}{4} - \dfrac{\sqrt{2}}{4}\) = \(\dfrac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}\)

Determine tg 105º.

Solução

tg 105º

tg (45º + 60º)

\( \dfrac{tg 45º + tg 60º}{1 - tg 45º \cdot tg 60º} \)

\( \dfrac{1 + \sqrt{3}}{1 - (1)(\sqrt{3})} \)

\( \dfrac{1 + \sqrt{3}}{1 - \sqrt{3}} \cdot \dfrac{1 + \sqrt{3}}{1 + \sqrt{3}} \)

\( \dfrac{(1 + \sqrt{3})^2}{1^2 - \sqrt{3}^2} \)

\( \dfrac{1 + 2\sqrt{3} + 3}{1 - 3} \)

\( \dfrac{4 + 2\sqrt{3}}{-2} \) = - 2 - \(\sqrt{3}\)

Sendo a + b = 135º e tg a = 2, determine tg b.

Solução

tg (a + b) = \( \dfrac{tg a + tg b}{1 - tg a \cdot tg b} \)

tg (135º) = \( \dfrac{2 + tg b}{1 - 2 \cdot tg b} \)

-1 = \( \dfrac{2 + tg b}{1 - 2 \cdot tg b} \)

(-1)(1 - 2 tg b) = 2 + tg b

- 1 + 2 tg b = 2 + tg b

2 tg b - tg b = 2 + 1

tg b = 3

Dados dois arcos trigonométricos, de medidas a e b, podemos calcular o seno, cosseno e a tangente da diferença desses arcos através das identidades a seguir, conhecidas por fórmulas de subtração de arcos:

  • sen (a – b) = sen a ∙ cos b – sen b ∙ cos a
  • cos (a – b) = cos a ∙ cos b – sen a ∙ sen b
  • tg (a – b) = \( \dfrac{tg a - tg b}{1 + tg a \cdot tg b} \)

Exemplo:

Para determinar sen 15º, pode-se proceder da seguinte maneira:

sen 15º = sen (45º - 30º) = sen 45º ∙ cos 30º - sen 30º ∙ cos 45º

\(\dfrac{\sqrt{2}}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} - \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{2}}{2}\)

\(\dfrac{\sqrt{6}}{4} - \dfrac{\sqrt{2}}{4}\) = \(\dfrac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}\)

Determine cos 15º.

Solução

cos 15º

cos (45º - 30º)

cos 45º ∙ cos 30º + sen 30º ∙ sen 45º

\(\dfrac{\sqrt{2}}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} + \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{2}}{2}\)

\(\dfrac{\sqrt{6}}{4} + \dfrac{\sqrt{2}}{4}\) = \(\dfrac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}\)

Determine tg 15º.

Solução

tg 15º

tg (60º - 45º)

\( \dfrac{tg 60º - tg 45º}{1 + tg 60º \cdot tg 45º} \)

\( \dfrac{\sqrt{3} - 1}{1 + (\sqrt{3})(1)} \)

\( \dfrac{\sqrt{3} - 1}{1 + \sqrt{3}} \cdot \dfrac{1 - \sqrt{3} }{1 - \sqrt{3} } \)

\( \dfrac{-(\sqrt{3} - 1)^2}{1^2 - \sqrt{3}^2} \)

\( \dfrac{-(3 - 2\sqrt{3} + 1)}{1 - 3} \)

\( \dfrac{-4 + 2\sqrt{3}}{-2} \) = 2 - \(\sqrt{3}\)

Sabendo que sen x = 3/5, 0 < x < π/2 e cos y = -5/13, π < y < 3π/2, calcule sen (x - y).

Solução

Como sen (x - y) = sen x ∙ cos y - sen y ∙ cos x, inicialmente deve-se determinar sen y e cos x.

Sendo sen\(^2\)x + cos\(^2\)x = 1, vem:

(3/5)\(^2\) + cos\(^2\)x = 1

cos²x = 1 - 9/25

cos²x = (25 - 9)/25

cos²x = 16/25

cos x = ±\(\sqrt{16/25}\) = ± 4/5

Como x ∈ 1ºQ, cos x > 0. Então, cos x = 4/5

De modo análogo, sendo sen²y + cos²y = 1, vem:

sen²y + (-5/13)² = 1

sen²y = 1 - 25/169

sen²y = (169 - 25)/169

sen²y = 144/169

sen y = ±\(\sqrt{144/169}\) = ± 12/13

Como y ∈ 3ºQ, sen y < 0. Então, sen y = - 12/13

Substituindo os valores dados e os obtidos em sen (x - y), vem:

sen (x - y) = sen x ∙ cos y - sen y ∙ cos x = 3/5 ∙ (-5/13) - (-12/13) ∙ 4/5

-3/13 + 48/65 = (-15 + 48)/65 = 33/65

A partir das fórmulas de soma de arcos, pode-se obter as fórmulas de arco duplo. Acompanhe:

  • sen (a + a) = sen a ∙ cos a + sen a ∙ cos a = 2 ∙ sen a ∙ cos a
  • cos (a + a) = cos a ∙ cos a + sen a ∙ sen a = cos\(^2\) a – sen\(^2\) a
  • tg (a + a) = \( \dfrac{tg a + tg a}{1 - tg a \cdot tg a} \) = \( \dfrac{2 \cdot tg a}{1 - tg^2 a} \)

Assim:

  • sen (2a) = 2 ∙ sen a ∙ cos a
  • cos (2a) = cos\(^2\) a – sen\(^2\) a
  • tg (2a) = \( \dfrac{2 \cdot tg a}{1 - tg^2 a} \)

Sabendo que sen x + cos x = 0,2, determine sen 2x.

Solução

sen 2x = 2 sen x cos x

Elevando os dois membros de sen x + cos x = 0,2 ao quadrado, vem:

(sen x + cos x)² = 0,2²

sen²x + 2 ∙ senx ∙ cosx + cos²x = 0,04

1 + 2 ∙ senx ∙ cosx = 0,04

1 + sen 2x = 0,04

sen 2x = 0,04 - 1

sen 2x = -0,96

Calcule sen 2x sabendo-se que tg x + cotg x = 3.

Solução

Escrevendo a tgx e cotgx em função de senx e cosx , vem:

\(\dfrac{sen x}{cos x} + \dfrac{cos x}{sen x} = 3\)

Tirando o mmc entre cos x e sen x:

\(\dfrac{sen^2x + cos^2 x}{sen x \cdot cos x} = 3\)

Como sen²x + cos²2 x = 1:

\(\dfrac{1}{sen x \cdot cos x} = 3\)

sen x ∙ cos x = 1/3 (I)

Como sen 2x = 2 ∙ senx ∙ cosx, tem-se:

senx ∙ cosx = (sen 2x) / 2 (II)

Substituindo (II) em (I), vem:

1/3 = (sen 2x) / 2

sen 2x = 2/3

  • sen (a/2) = ± \(\sqrt{\dfrac{1 - cos a}{2}}\)
  • cos (a/2) = ± \(\sqrt{\dfrac{1 + cos a}{2}}\)
  • tg (a/2) = ± \(\sqrt{\dfrac{1 - cos a}{1 + cos a}}\)

Exemplo:

Sabe-se que sen 30º = 1/2

Calculando sen 30º como sen (60º/2), vem:

60º/2 = 30º ∈ 1ºQ (seno positivo)

sen (60º/2) = \(\sqrt{\dfrac{1 - cos 60º}{2}}\) = \(\sqrt{\dfrac{1 - 1/2}{2}}\)

\(\sqrt{\dfrac{1/2}{2}}\) = \(\sqrt{\dfrac{1}{4}}\) = 1/2

Determine sen 22º30'.

Solução

22º30' = 45º/2

Se 2x = 45º, então 2x/2 = x = 22º30'

Como cos (2x) = cos²x – sen²x, tem-se:

cos (2x) = (1 - sen²x) – sen²x

cos (2x) = 1 - 2 sen²x

Substituindo 2x = 45º e x = 22º30', vem:

cos (45º) = 1 - 2 sen²(22º30')

\(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\) = 1 - 2 sen²(22º30')

2 sen²(22º30') = 1 - \(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\)

2 sen²(22º30') = \(\dfrac{2 - \sqrt{2}}{2}\)

sen²(22º30') = \(\dfrac{\dfrac{2 - \sqrt{2}}{2}}{2}\)

sen²(22º30') = \(\dfrac{2 - \sqrt{2}}{4}\)

sen (22º30') = \(\sqrt{\dfrac{2 - \sqrt{2}}{4}}\)

Como 22º30' está no 1ºQ, sen 22º30' é positivo.

sen (22º30') = \(\dfrac{\sqrt{2 - \sqrt{2}}}{2}\)

Considere a função t = arc sen x. Neste caso temos que descobrir qual é o arco t cujo seno é igual a x.

t = arc sen x sen t = x

De igual modo, para arccos e arctg temos:

t = arc cos x cos t = x

t = arc tg x tg t = x

Qual o domínio e o conjunto imagem da função y = arcsen 4x?

Solução

y = arcsen 4x

4x = seny

Note, no ciclo trigonométrico , que sen y varia entre -1 e 1. Então

-1 ≤ 4x ≤ 1

-1/4 ≤ x ≤ 1/4

O domínio D = [-1/4, 1/4]

Para obter a imagem, bastas substituir os extremos do domínio em y = arcsen 4x. Acompanhe:

Para x = -1/4: y = arcsen 4(-1/4) = arcsen (-1) = -π/2

Para x = 1/4: y = arcsen 4(1/4) = arcsen (1) = π/2

y varia -π/2 e π/2

Portanto, D = [-1/4, 1/4] e Im = [-π/2, π/2]

Calcule y = tg(arcsen 2/3)

Solução

Chamando arcsen 2/3 de w, tem-se:

w = arcsen 2/3

y = tg (arcsen 2/3) = tg (w) = \(\dfrac{sen w}{cos w}\)

Para determinar tg w, é necessário calcular sen w e cos w.

w = arcsen 2/3 ⇔ sen w = 2/3

Observe que sen w = 2/3 indica que o seno é positivo, ou seja, w varia de -π/2 a π/2 (w está no 4º ou 1º quadrante no ciclo trigonométrico).

Utilizando a relação fundamental da Trigonometria, pode-se obter cos w:

sen²w + cos²w = 1

(2/3)² + cos²w = 1

cos²w = 1 – 4/9 = 5/9

cos w = ±\(\dfrac{\sqrt{5}}{3}\)

Como w está no 4º ou 1º quadrante, o cos w é positivo. Então, cos w = \(\dfrac{\sqrt{5}}{3}\)

y = tg (arcsen 2/3)

y = tg w

y = \(\dfrac{sen w}{cos w}\)

y = \(\dfrac{2/3}{\sqrt{5}/3}\)

y = \(\dfrac{2}{\sqrt{5}}\)

y = \(\dfrac{2\sqrt{5}}{5}\)

Calcular o valor de y = sen(arc tg 3/4).

Solução

Chamando arc tg 3/4 de w, tem-se:

w = arc tg 3/4

tg w = 3/4

Observe que tg w = 3/4 indica que a tangente é positiva, ou seja, w está no 1º ou 3º quadrante no ciclo trigonométrico.

tg w = 3/4

\(\dfrac{sen w}{cos w} = \dfrac{3}{4}\)

sen w = \(\dfrac{3 \cdot cos w}{4}\)

Substituindo na relação fundamental da Trigonometria, vem:

sen²w + cos²w = 1

\(\left(\dfrac{3 \cdot cos w}{4}\right)^2 + cos^2w = 1\)

\(\dfrac{9 cos^2 w}{16} + cos^2w = 1\)

\(\dfrac{9 cos^2 w + 16 cos^2w}{16} = 1\)

\(\dfrac{25 cos^2 w}{16} = 1\)

cos²w = 16/25

cosw = ± 4/5.

Como w está no 1º ou 3º quadrante (cos é positivo no 1º quadrante e negativo no 2º quadrante), tem-se:

Para cos w = 4/5:

y = sen(arc tg 3/4)

y = sen w

y = \(\dfrac{3 \cdot 4/5}{4}\)

y = 3/5

Para cos w = -4/5:

y = sen(arc tg 3/4)

y = sen w

y = \(\dfrac{3 \cdot –(4/5)}{4}\)

y = -3/5

S = {-3/5, 3/5}

Qual o domínio da função y = arccos(1 – logx)?

Solução

arccos(1 – logx)

cos w = 1 – log x

log x = 1 – cos w

Note, que, no ciclo trigonométrico, cos w varia entre -1 e 1. Então:

Para cos w = -1:

log x = 1 – (-1) = 1 + 1 = 2

log x = 2

10² = x

x = 100

Para cos w = 1:

log x = 1 – (1) = 1 - 1 = 0

log x = 0

10\(^0\) = x

x = 1

Logo, D = [1,100]

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