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TUTORIAL – 13R Data: Aluno (a): Série: 3ª Ensino Médio Turma: Equipe de Matemática MATEMÁTICA Trigonometria A palavra trigonometria significa, etimologicamente, a medida de triângulos. Tem como objetivo principal o estudo das relações existentes entre lados e ângulos de um triângulo. É altamente aplicada a estudos de casos e problemas que envolvam distâncias, na astronomia, na navegação, na aviação, na cartografia, na topografia. Triângulos Retângulos São triângulos que possuem um ângulo reto e dois ângulos agudos. O lado que se opõe ao ângulo reto denomina-se hipotenusa e os demais lados são os catetos. Ao falarmos em triângulos retângulos pensamos logo no Teorema de Pitágoras. Seja ABC o triângulo retângulo de hipotenusa BC e seja AH a altura relativa à hipotenusa. Vemos que os triângulos ABC, ABH e AHC têm os mesmos ângulos. Logo, existem casos de semelhança. Se trabalharmos alguns desses casos poderemos escrever, então: b2 = a.n e c2 = a.m. Somando-se as duas igualdades, teremos: b2 + c2 = a.m + a.n ou seja b2 + c2 = a.(m + n). Como a = m + n, veremos que b2 + c2 = a2 (o quadrado da hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos catetos). Razões trigonométricas em um triângulo retângulo Se construirmos inúmeros triângulos retângulos semelhantes, isto é, se usarmos na construção desses triângulos os mesmos ângulos agudos, veremos que a razão entre lados terá sempre o mesmo valor, como conseqüência do fato de estarmos trabalhando com triângulos semelhantes. Assim, por definição, chamamos a razão entre o cateto que se opõe a um ângulo agudo e a hipotenusa de seno do ângulo agudo. Do mesmo modo, chamamos de cosseno do ângulo agudo à razão entre o cateto que está adjacente ao ângulo e à hipotenusa. E, finalmente, chamamos de tangente à razão entre o seno e o cosseno do ângulo A cotangente será o inverso da tangente. Assim: Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -1- NANDA/OUT/2014 - 1300 Da figura acima, vemos que: sen C = AB = cos B BC e sen B = AC = cos C . BC Portanto, se dois ângulos são complementares o seno de um é igual ao cosseno do outro. Em relação às tangentes, tg B = AC AB e tg C = AB . AC Portanto, se dois ângulos são complementares suas tangentes são inversas. Triângulo retângulo de hipotenusa igual a 1 Ao escrevermos o teorema de Pitágoras, veremos que sen2 x + cos2 x = 1. Obs.: Se dois ângulos agudos e são complementares ( + = 90º), então sen = cos e sen = cos . Além disso, (tg )(tg ) = 1. A Lei dos Senos A medida, em graus ou radianos, de um ângulo central é igual à medida do arco que ele determina. A medida, em graus ou radianos, de um ângulo inscrito vale a metade do arco que é determinado na circunferência. A’ Seja o triângulo ABC um triângulo qualquer inscrito em uma circunferência de raio R. Seja A’B um diâmetro. Os ângulos inscritos  e A’ são congruentes, pois determinam sobre a circunferência o mesmo arco BC. O triângulo A’BC é retângulo e o ângulo C é reto, pois A’B é um diâmetro. Portanto: sen  a a , isto é, 2 R . 2R sen  Se repetirmos procedimento análogo, veremos que 2 R Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -2- b sen B e 2R c . sen C NANDA/OUT/2014 - 1300 Daí, a Lei dos Senos: 2 R a sen A b sen B c sen C A Lei dos Cossenos Considere o triangulo ABC. Podemos dividi-lo em dois triângulos retângulo, com as medidas que se seguem. Observe: a, b, c: são as medidas dos lados do triângulo. h: é a medida da altura relativa ao lado BC. x, y: são as medidas dos segmentos que a altura determina sobre o lado BC. a: ângulo entre os lados c e a. Partindo desse triângulo, observe: No triângulo retângulo ABH, pelo teorema de Pitágoras, temos c2 = h2 + x2 => h2 = c2 - x2 No triângulo retângulo ACH, pelo teorema de Pitágoras, temos: b2 = h2 + y2 => h2 = b2 - y2 Podemos agora fazer uma igualdade entre as alturas h: Se h2 = h2 então: b2 - y2 = c2 - x2 b2 = c2 - x2 + y2 Como y = a – x, substituindo em y temos: b2 = c2 - x2 + (a - x)2 b2 = c2 - x2 + a2 - 2ax + x2 Cancelando as variáveis x, obtemos: b2 = c2 + a2 - 2ax (1) No triângulo retângulo ABH, temos: cos a = x/c => x = c . cos a Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -3- NANDA/OUT/2014 - 1300 Substituindo x por c cos a na igualdade (1) obtemos: b2 = a2 + c2 - 2ax cos a O resultado acima é conhecido como Lei dos Cossenos. As unidades de medidas do ângulo – o grau e o radiano. A ideia do grau é a da volta completa. Vem, provavelmente, da crença nos primórdios da civilização de que o sol dava uma volta completa ao redor da Terra. Ora, o tempo necessário para o soldar uma volta completa ao redor do nosso planeta, tido como o centro do universo, era 1 ano. Em 1 ano há aproximadamente 360 dias. Assim, ao círculo equivale 360º. Portanto, 1º é 1/360 do círculo. Já o radiano surgiu no final do século XIX. Vem da ideia de se utilizar uma unidade de medida de ângulo que fosse a mesma para a medida do comprimento do arco correspondente. Sabemos que: 3,14 e C onde C é o comprimento de uma circunferência e R é o raio do círculo. 2R Portanto, o comprimento de uma circunferência de raio R é igual a C = 2R. A Circunferência Trigonométrica A fim de se aproveitar a facilidade de se trabalhar com os triângulos retângulos de hipotenusa igual a 1 e, ao mesmo tempo, varrer todos os ângulos de um plano, trabalhamos com a circunferência trigonométrica. Nela, colocam-se as seguintes condições: - Possui raio igual a 1 (hipotenusa 1 de um triângulo retângulo); - É orientada, isto é, possui um sentido positivo (anti-horário) e um sentido negativo (horário); - Todos os arcos ou ângulos centrais são marcados e medidos a partir do ponto de coordenadas (1, 0) localizado sobre o eixo das abscissas. Como, na circunferência trigonométrica o raio é 1, então o seu comprimento vale C = 2(1) = 2. Para trabalhar-se com o radiano, faz-se a correspondência direta. Logo, em uma circunferência de raio 1 o comprimento da circunferência é igual ao arco em radianos. De maneira geral, um arco de medida igual a 1 radiano é aquele cujo comprimento é igual ao raio da circunferência que o contém. Obs.: Em uma circunferência, o comprimento de um arco é igual ao produto do raio e do ângulo central medido em radianos. Para passarmos de grau para radiano ou vice-versa, trabalhamos com uma regra de três: 2 ------ 360º (volta completa) ------------- 180º (meia volta) Exemplo: Marcam-se, em uma circunferência de raio 10 cm, os pontos A e B, de modo que a corda AB tem comprimento de 10 cm. Determinar a medida do arco AB, em radianos. Solução: Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -4- NANDA/OUT/2014 - 1300 O arco AB tem o mesmo comprimento do raio. Logo, é lado de um hexágono regular inscrito na circunferência de raio 10. Assim, o arco definido por esse lado mede 2 rad . 6 3 Arcos Côngruos São arcos que possuem a mesma representação na circunferência trigonométrica. Por exemplo, os arcos de 30º e 390º são côngruos. Ex: Determinar o menor arco côngruo não negativo ao arco de 3000º. Solução: Basta dividir por 360º. Encontraremos 8 como resultado da divisão e 120º como o resto. Assim, os arcos de 3000º e 120º são côngruos. O dividendo 8 significa o número de voltas completas ao redor da circunferência trigonométrica. Ou seja, para se efetuar a marcação do arco de 3000º dá-se 8 voltas completas na circunferência trigonométrica e depois marca-se um arco de 120º. Expressão geral de um arco AM k.360 ou AM k.2 onde: é a primeira representação positiva do arco circunferência trigonométrica. e k representa o número de voltas completas na As Linhas Trigonométricas relativas a um mesmo arco Os eixos cartesianos ortogonais dividem o plano e 4 regiões denominadas de quadrantes. Na imagem abaixo vemos essa divisão, a circunferência trigonométrica e suas linhas. A fim de melhor utilizarmos o triângulo retângulo de hipotenusa 1, o eixo das abscissas será chamado de eixo dos cossenos, o eixo das ordenadas será o eixo dos senos. Paralelo ao eixo dos senos teremos o eixo das tangentes e paralelo ao eixo dos cossenos teremos o eixo das cotangentes. Na figura acima, temos: OA cos OB sen Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem EC tg FD cotg -5- OC sec OD cossec NANDA/OUT/2014 - 1300 Do triângulo retângulo OAP podemos escrever o teorema de Pitágoras: sen2 + cos2 = 1, a Relação Fundamental da Trigonometria vista anteriormente. Dos triângulos retângulos semelhantes OAP e OEC podemos escrever: sen cos sen EC tg . EC 1 cos Ou então: 1 cos 1 OC sec . OC 1 cos Assim, se escrevermos o teorema de Pitágoras para o triângulo retângulo OEC, teremos: 1 tg 2 sec 2 relação que pode ser obtida, também, se dividirmos a Relação Fundamental por cos2 . Do mesmo modo, a partir dos triângulos retângulos semelhantes OPB e ODF podemos escrever: sen cos cos FD cot g . 1 FD sen Ou então: 1 sen 1 OD cos sec . OD 1 sen Assim, se escrevermos o teorema de Pitágoras para o triângulo retângulo ODF, teremos: 1 cot g 2 cos sec 2 Portanto, a secante é definida como sendo o inverso do cosseno e a cossecante é definida como sendo o inverso do seno. A secante e a cossecante não possuem eixo. Geometricamente, a secante é a distância da origem ao ponto de intersecção com o eixo das tangentes, ao passo que a cossecante é a distância da origem ao ponto de intersecção com o eixo das cotangentes. Seno e cosseno - sinais O seno é positivo para arcos que pertencem ao primeiro e ao segundo quadrantes. O cosseno é positivo para arcos do primeiro e do quarto quadrantes. A tangente é positiva para arcos do primeiro e do terceiro quadrantes. Seno Cosseno Tangente Dicas úteis: Seno de (a + b) “Minha terra tem palmeiras, onde canta o sabiá, seno a cosseno b mais seno b cosseno a”. Cosseno de (a + b) “Cosseno a cosseno b, inverte sem saber”. Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -6- NANDA/OUT/2014 - 1300 Tangente de (a + b) “Tem gente que ama mais tem gente que beija. Hum, tem menos gente que ama e beija”. Fórmulas de Adição Fórmulas de Duplicação Fórmulas de Bissecção Fórmulas de Transformação Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -7- NANDA/OUT/2014 - 1300 As funções seno e cosseno Função seno Chamamos de função seno a função f(x) = sen x. O domínio dessa função é R e a imagem é Im [ -1,1] ; visto que, na circunferência trigonométrica o raio é unitário e, pela definição do seno, –1 ≤ sen x ≤ 1. Importante: o valor máximo da função seno é 1 e seu valor mínimo é – 1 !!! O gráfico da função seno é a curva denominada de senoide. A função é periódica, sendo o período o seu intervalo de repetição. O período da função f(x) = sen x é 2, pois representa uma volta completa da circunferência trigonométrica, onde os valores voltam a se repetir na forma de arcos côngruos. Sinal da Função: Como seno x é a ordenada do ponto-extremidade do arco:1 f(x) = sen x é positiva no 1° e 2° quadrantes (ordenada positiva) f(x) = sen x é negativa no 3° e 4° quadrantes (ordenada negativa) Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -8- NANDA/OUT/2014 - 1300 Observe que esse gráfico é razoável, Pois: Quando , 1º quadrante, o valor de sen x cresce de 0 a 1. Quando , 2º quadrante, o valor de sen x decresce de 1 a 0. Quando , 3º quadrante, o valor de sen x decresce de 0 a -1. Quando , 4º quadrante, o valor de sen x cresce de -1 a 0.] Função cosseno Chamamos de função cosseno a função f(x) = cos x. O domínio dessa função é R e a imagem é Im [ -1,1] ; visto que, na circunferência trigonométrica o raio é unitário e, pela definição do cosseno, –1 ≤ sen x ≤ 1, ou seja: O gráfico da função cosseno parece muito com o gráfico da função seno. A função é periódica, sendo o período o seu intervalo de repetição. O período da função f(x) = sen x é 2, pois representa uma volta completa da circunferência trigonométrica, onde os valores voltam a se repetir na forma de arcos côngruos. Importante: o valor máximo da função cosseno é 1 e seu valor mínimo é – 1 !!! Sinal da Função: Como cosseno x é a abscissa do ponto-extremidade do arco: f(x) = cos x é positiva no 1° e 4° quadrantes (abscissa positiva) f(x) = cos x é negativa no 2° e 3° quadrantes (abscissa negativa) Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem -9- NANDA/OUT/2014 - 1300 Observe que esse gráfico é razoável, Pois: Quando , 1º quadrante, o valor do cos x decresce de 1 a 0. Quando , 2º quadrante, o valor do cos x decresce de 0 a -1. Quando , 3º quadrante, o valor do cos x cresce de -1 a 0. Quando , 4º quadrante, o valor do cos x cresce de 0 a 1. Exercícios: 1. Na estação de trabalho de pintura de peças de uma fábrica, a pressão em um tambor de ar comprimido varia com o tempo conforme a expressão P(t)=50+50sen[t-(/2)], t>0. Assinale a alternativa em que o instante t corresponda ao valor mínimo da pressão. a) t = /2 b) t = c) t = 3/2 d) t = 2 e) t = 3 2. (Cesgranrio) Uma quadra de tênis tem 23,7m de comprimento por 10,9m de largura. Na figura a seguir, está representado o momento em que um dos jogadores dá um saque. Sabe-se que este atinge a bola no ponto A, a 3m do solo, e que a bola passa por cima da rede e toca o campo adversário no ponto C, a 17m do ponto B. Tendo em vista os dados apresentados, é possível afirmar que o ângulo ‘, representado na figura, mede: a) entre 75° e 90°. b) entre 60° e 75°. c) entre 45° e 60°. d) entre 30° e 45°. e) menos de 30°. Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem - 10 - NANDA/OUT/2014 - 1300 3. (Fuvest) O valor de (tg 10°+cotg 10°)sen 20° é: a) 1/2 b) 1 c) 2 d) 5/2 e) 4 4. (Faap) Num trabalho prático de Topografia, um estudante de engenharia Civil da FAAP deve determinar a altura de um prédio situado em terreno plano. Instalado o aparelho adequado num ponto do terreno, o topo do prédio é visto sob ângulo de 60°. Afastando-se o aparelho mais 10 metros do edifício, seu topo para a ser visto sob ângulo de 45°. Desprezando-se a altura do aparelho, a altura do edifício (em metros) é: 5. O Sr. João precisa trocar as telhas da sua casa. Pesquisando nas lojas de material de construção, optou por uma ecotelha. A ecotelha é uma telha ondulada produzida com material reciclável como tubos de pasta de dentes. Entre outras características, ela apresenta elevada resistência à ação dos raios ultravioleta e infravermelhos; não absorve umidade; permite o isolamento térmico; além de ter custo acessível e substituir, com vantagens, o perigoso cimento-amianto. (Adaptado de: http://www.arq.ufsc.br/arq5661/trabalhos_2003-1/ecovilas/ecotelha.htm Acesso em 02.09.2009.) Após retirar as telhas velhas e como não havia necessidade de alterar a estrutura do telhado, o Sr. João planejou a colocação das novas telhas. A figura apresenta as características da estrutura do telhado e como as telhas serão dispostas. Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem - 11 - NANDA/OUT/2014 - 1300 Considerando que as ecotelhas serão colocadas de modo a revestir o retângulo BCDE, sem ultrapassar as suas bordas, e sabendo que as dimensões da telha são 2,20 m X 0,92 m, o Sr. João calculou que a medida do transpasse das telhas é, em centímetros, Dados: sen 16º = 0,28 cos 16º = 0,96 tg 16º = 0,29 a) 10. b) 20. c) 30. d) 40. e) 50. 6. (Ufpb 2010) Em parques infantis, é comum encontrar um brinquedo, chamado escorrego, constituído de uma superfície plana inclinada e lisa (rampa), por onde as crianças deslizam, e de uma escada que dá acesso à rampa. No parque de certa praça, há um escorrego, apoiado em um piso plano e horizontal, cuja escada tem 2m de comprimento e forma um ângulo de 45º com o piso; e a rampa forma um ângulo de 30º com o piso, conforme ilustrado na figura a seguir. De acordo com essas informações, é correto afirmar que o comprimento (L) da rampa é de: a) 2 m b) 2√ c) 3 √ d) 4 √ e) 5 √ m m m m 7. Ter condições de acessibilidade a espaços e equipamentos urbanos é um direito de todo cidadão. A construção de rampas, nas entradas de edifícios que apresentam escadas, garante a acessibilidade principalmente às pessoas com deficiência física ou com mobilidade reduzida. Pensando nisso, na entrada de uma ETEC onde há uma escada de dois degraus iguais, cada um com 15 cm de altura, pretende-se construir uma rampa para garantir a acessibilidade do prédio a todos. Essa rampa formará com o solo um ângulo de 30, conforme a figura. Sendo assim, conclui-se que o comprimento da rampa será, em metros, a) 6. b) 5. c) 4. d) 3. e) 2. Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem - 12 - NANDA/OUT/2014 - 1300 8. (Unb) Supondo que, em determinada região, a temperatura média semanal T(em °C) e a quantidade de energia solar média semanal Q que atinge a região (em kcal/cm£) possam ser expressas em função do tempo t, em semanas, por meio das funções A maior temperatura média semanal registrada foi de a) 10 °C b) 12 °C c) 15 °C d) 20 °C e) 22 °C 9. A quantidade de energia solar média semanal é mínima na semana , a) 30 b) 35 c) 40 d) 50 e) 55 10. Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem - 13 - NANDA/OUT/2014 - 1300 Gabarito: 1) d; 2) a; 3) c; 4) c; 5) d; 6) b; 7) a; 8) e; 9) d; 10) d. Colégio A. LIESSIN – Scholem Aleichem - 14 - NANDA/OUT/2014 - 1300
