بخشی از بانک سؤال طبقهبندیشدهی این مبحث در کوئیز سنتر — رایگان و بدون نیاز به ثبتنام
خلاصهی درسنامه
این خلاصهی 30 درصدی درسنامه اصلی است. متن کامل با همهی نکتهها، مثالهای حلشده و جمعبندی، با ثبتنام رایگان در دسترست قرار میگیرد.
مثلثات — از مثلث قائم تا دایرهٔ مثلثاتی
مثلثات فصل دوم ریاضی ۱، از تشابه مثلثها شروع میشود و به تعریف کلیتری روی دایرهٔ مثلثاتی میرسد که برای هر زاویهای — نه فقط زوایای حاده — کار میکند.
نسبتهای مثلثاتی در مثلث قائمالزاویه
در مثلث قائم ABC با زاویهٔ قائمهٔ C:
sinA=ABBCcosA=ABACtanA=ACBCcotA=BCAC
tanA=cosAsinAcotA=tanA1
مقادیر استاندارد را میتوان با یک ترفند حفظ کرد: sin30°,sin45°,sin60° بهترتیب 21,22,23اند — عدد زیر رادیکال از ۱ تا ۳ بالا میرود. مساحت مثلث هم با یک نسبت مثلثاتی به دست میآید: S=21⋅AB⋅BC⋅sinB.
دایرهٔ مثلثاتی
روی دایرهای به شعاع ۱ و مرکز مبدأ، اگر P(x,y) متناظر با زاویهٔ θ باشد:
cosθ=x,sinθ=y
حرکت خلاف عقربهها زاویهٔ مثبت و همجهت عقربهها زاویهٔ منفی میسازد. چون P روی دایرهٔ واحد است، همیشه −1≤sinθ≤1 و −1≤cosθ≤1؛ اما tanθ و cotθ نامحدودند. علامت نسبتها در چهار ربع با قاعدهٔ «ASTC» حفظ میشود: ربع اول همه مثبت، دوم فقط sin، سوم فقط tan، چهارم فقط cos. رابطهٔ شیب خط با تانژانت هم از همینجا میآید: اگر خط با محور x زاویهٔ α بسازد، شیب m=tanα.
اتحاد فیثاغورسی و مشتقات آن
مهمترین رابطهٔ فصل:
sin2α+cos2α=1
با تقسیم بر cos2α یا sin2α دو اتحاد دیگر ساخته میشود:
tan2α+1=cos2α1cot2α+1=sin2α1
نمونه: اگر sinα=−54 در ربع سوم باشد، cosα=−1−2516=−53 و در نتیجه tanα=34 — در ربع سوم sin و cos هر دو منفیاند اما tan و cot مثبت میمانند. برای اثبات اتحادهای مثلثاتی، معمولاً طرف پیچیدهتر را با تبدیل همه چیز به sin و cos ساده میکنند؛ مثلاً sinθtanθ=cosθ1−cosθ از سادهٔ طرف راست به cosθsin2θ ثابت میشود.
زوایای خاص، تناوب و فرمولهای تکمیلی
زوایای مکمل (90°−α) سینوس و کسینوس را جابهجا میکنند: sin(90°−α)=cosα. زوایای منفی نشان میدهند sin,tan,cot توابع فردند و cos زوج است: sin(−α)=−sinα، cos(−α)=cosα. دورهٔ تناوب sin و cos، ۳۶۰° و دورهٔ tan و cot، ۱۸۰° است — با اینها زوایای بزرگ ساده میشوند: sin750°=sin30°=21.
فراتر از کتاب اما پرکاربرد در کنکور، فرمولهای جمع زاویه:
sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ
cos(α±β)=cosαcosβ∓sinαsinβ
که با آنها sin75°=sin(45°+30°)=46+2 محاسبه میشود. فرمولهای دو برابر زاویه هم مکمل همین ابزارند: sin2α=2sinαcosα و cos2α=cos2α−sin2α=1−2sin2α.
نکات کنکوری: اگر sinθ⋅cosθ>0 باشد، θ در ربع اول یا سوم است. tanθ وقتی تعریف نمیشود که cosθ=0، یعنی θ=90°+k⋅180°. و برای سادهسازی سریعِ کسرهای رادیکالی مثل 1+sinθ1، ضرب در مزدوج 1−sinθ1−sinθ همیشه راهحل استاندارد است.
زوایای مرزی و کاربردهای عملی
روی دایرهٔ مثلثاتی، چهار نقطهٔ مرزی مقادیر خاصی میدهند: در 0° و 360°، P(1,0) پس sin=0,cos=1؛ در 90°، P(0,1) پس tan تعریف نشده؛ در 180°، P(−1,0)؛ در 270°، P(0,−1) پس cot تعریف نشده. این جدول برای حل سریع معادلات مثلثاتی کاربرد مستقیم دارد.
مثال کاربردی از کتاب: هواپیمایی در ارتفاع ۲ کیلومتر با زاویهٔ فرود ۱۳° نسبت به افق در حال نزول است. فاصلهٔ افقی تا نقطهٔ فرود از رابطهٔ tan13°≈0.23 به دست میآید: d2=0.23⇒d≈8.7 کیلومتر — نمونهای از اینکه تانژانت در مسائل شیب و ارتفاع، مستقیماً کاربرد فیزیکی پیدا میکند.
برای اثبات مقادیر ۳۰° و ۶۰°، در مثلث متساویالاضلاع با ضلع ۲ ارتفاع 3 است، از همینجا sin30°=21 و cos30°=23 به دست میآید؛ برای ۴۵°، در مثلث قائمِ متساویالساقین با ساق ۱، وتر 2 میشود و sin45°=cos45°=22.
زوایای متمم و منعکس
علاوه بر زوایای مکمل، دو دستهٔ دیگر هم در حل سریع مسائل به کار میآیند. زوایای متمم (مجموع 180°):
sin(180°−α)=sinαcos(180°−α)=−cosα
و زوایای منعکس (180°+α):
sin(180°+α)=−sinαcos(180°+α)=−cosα
نکتهٔ کاربردی: چون tan دورهٔ تناوب 180° دارد، tan(180°+α)=tanα — یعنی زاویهٔ منعکس، تانژانت را عوض نمیکند، برخلاف sin و cos.
نابرابری کمکی (فراتر از کتاب): برای 0<θ<2π برحسب رادیان: sinθ<θ<tanθ، رابطهای که در مباحث حد و تقریب زاویههای کوچک به کار میرود.
نمونه تست
پاسخنامهی تحلیلی سهبخشی برای هر سؤال
۱چرا گزینهی درست، درست است
۲چرا هر گزینهی دیگر غلط است
۳تلهی تستیای که باید بشناسی
1. نقطهٔ متناظر با زاویهٔ 180∘ روی دایرهٔ مثلثاتی کدام است؟
(0,1)
(−1,0)
(0,−1)
(1,0)
پاسخنامهی تحلیلی
«(−1,0)» درست است. از نقطهٔ شروع (1,0) اگر 180∘ خلاف جهت عقربههای ساعت بچرخیم، به سمت چپ محور x میرسیم. پس مختصات نقطه برابر (−1,0) است. تلهٔ تستی: مؤلفهٔ x نقطهٔ متناظر با cosθ و مؤلفهٔ y با sinθ متناظر است؛ جابهجاییِ این دو، یک ربع را با ربعِ همسایهاش اشتباه میکند.
2. اگر sinθ=135 و θ در ربع دوم باشد، cosθ کدام است؟
125
1312
−1312
−125
پاسخنامهی تحلیلی
«−1312» درست است. از اتحاد sin2θ+cos2θ=1 داریم cos2θ=1−16925=169144، پس cosθ=±1312. چون زاویه در ربع دوم است، کسینوس منفی میشود؛ پس cosθ=−1312. تلهٔ تستی: علامتِ نسبتهایِ مثلثاتی فقط با قاعدهٔ ASTC (ربعِ اول همه، دوم فقط sin، سوم فقط tan، چهارم فقط cos) تعیین میشود؛ حدسزدنِ علامت بدونِ مراجعه به این قاعده رایجترین خطاست.
3. اگر sinθ=135 و θ در ربع دوم باشد، tanθ برابر است با
125
−512
512
−125
پاسخنامهی تحلیلی
«−125» درست است. در ربعِ دوم cosθ<0، پس از اتحادِ اصلی cosθ=−1−25/169=−1312. بنابراین tanθ=cosθsinθ=−12/135/13=−125. «125» رد میشود چون علامتِ منفیِ cosθ در ربعِ دوم نادیده گرفته شده. «−512» و «512» رد میشوند چون کسر معکوس محاسبه شده. تلهٔ تستی: علامتِ نسبتهایِ مثلثاتی فقط با قاعدهٔ ASTC (ربعِ اول همه، دوم فقط sin، سوم فقط tan، چهارم فقط cos) تعیین میشود؛ حدسزدنِ علامت بدونِ مراجعه به این قاعده رایجترین خطاست.
4. کدام گزینه همواره برابر sec2θ است؟
1+tan2θ
1+cot2θ
sin2θ+1
1−tan2θ
پاسخنامهی تحلیلی
«1+tan2θ» درست است. از تقسیم اتحاد اصلی بر cos2θ نتیجه میگیریم tan2θ+1=sec2θ. گزینهٔ 1+cot2θ برابر csc2θ است، نه سکانت مربع. تلهٔ تستی: فرمولهایِ cos2θ سه شکلِ همارز دارند (cos2θ−sin2θ، 1−2sin2θ، 2cos2θ−1)؛ انتخابِ شکلِ نامناسب با اطلاعاتِ دادهشده باعثِ محاسباتِ اضافی یا خطا میشود.
5. اگر cotθ=−2 و θ در ربع دوم باشد، sinθ کدام است؟
52
−51
−52
51
پاسخنامهی تحلیلی
«51» درست است. از cotθ=sinθcosθ=−2 میفهمیم قدرمطلق کسینوس دو برابر قدرمطلق سینوس است. اگر sinθ=y و cosθ=−2y، از y2+4y2=1 داریم 5y2=1، پس y=±51. چون ربع دوم است، سینوس مثبت میشود؛ بنابراین sinθ=51. تلهٔ تستی: علامتِ نسبتهایِ مثلثاتی فقط با قاعدهٔ ASTC (ربعِ اول همه، دوم فقط sin، سوم فقط tan، چهارم فقط cos) تعیین میشود؛ حدسزدنِ علامت بدونِ مراجعه به این قاعده رایجترین خطاست.
6. اگر cotθ=−2 و θ در ربع دوم باشد، cosθ کدام است؟
52
−51
51
−52
پاسخنامهی تحلیلی
«−52» درست است. چون cotθ=sinθcosθ=−2، داریم cosθ=−2sinθ. با جایگذاری در اتحادِ اصلی: sin2θ+4sin2θ=1⇒sinθ=51 (مثبت، چون در ربعِ دوم sinθ>0)، پس cosθ=−2×51=−52. «52» رد میشود چون علامتِ منفیِ ربعِ دوم نادیده گرفته شده. «−51» و «51» رد میشوند چون بهجایِ cosθ، مقدارِ sinθ گرفته شده. تلهٔ تستی: از cotθ میتوان مستقیماً نسبتِ cosθ=−2sinθ را ساخت و در اتحادِ اصلی جایگذاری کرد؛ نیازی به محاسبهٔ جداگانهٔ زاویه نیست.
7. اگر معادلهٔ خط y=−3x+5 باشد، زاویهٔ آن با محور x در بازهٔ 0∘ تا 180∘ کدام است؟
60∘
120∘
150∘
30∘
پاسخنامهی تحلیلی
«120∘» درست است. شیب خط m=−3 است و باید زاویهای در بازهٔ 0∘ تا 180∘ بیابیم که تانژانتش −3 باشد. چون tan120∘=−3، زاویهٔ مورد نظر 120∘ است؛ 60∘ تانژانت مثبت دارد. تلهٔ تستی: وقتی زاویهٔ داخلِ تابع ضریبی مثلِ 2 یا 3 دارد، بازهٔ آن زاویه هم به همان نسبت گسترش مییابد (مثلاً [0∘,360∘) برایِ 2x به [0∘,720∘) تبدیل میشود)؛ فراموشکردنِ این گسترش نیمی از جوابها را حذف میکند.
8. اگر tanθ=−3 و θ در بازهٔ 0∘ تا 180∘ باشد، θ برابر است با
150∘
30∘
60∘
120∘
پاسخنامهی تحلیلی
«120∘» درست است. در این بازه، تانژانت منفی فقط در ربع دوم است. زاویهٔ مرجع برای مقدار 3 برابر 60∘ است، پس زاویهٔ اصلی 180∘−60∘=120∘ میشود. تلهٔ تستی: وقتی زاویهٔ داخلِ تابع ضریبی مثلِ 2 یا 3 دارد، بازهٔ آن زاویه هم به همان نسبت گسترش مییابد (مثلاً [0∘,360∘) برایِ 2x به [0∘,720∘) تبدیل میشود)؛ فراموشکردنِ این گسترش نیمی از جوابها را حذف میکند.
9. اگر sin75∘ را با فرمول جمع زوایا محاسبه کنیم، کدام گزینه درست است؟
46+2
23+1
23−1
46−2
پاسخنامهی تحلیلی
«46+2» درست است. داریم sin75∘=sin(45∘+30∘)=sin45∘cos30∘+cos45∘sin30∘. با جایگذاری مقادیر خاص به 22⋅23+22⋅21=46+2 میرسیم. تلهٔ تستی: در فرمولِ sin(α+β) علامتِ بینِ دو جمله همیشه مثبت است، اما در cos(α+β) همیشه منفی؛ خلطِ این دو فرمول با هم رایجترین خطاست.
10. کدام گزینه برابر cos15∘ است؟
23
22
46−2
46+2
پاسخنامهی تحلیلی
«46+2» درست است. با استفاده از فرمول تفاضل کسینوس داریم cos15∘=cos(45∘−30∘)=cos45∘cos30∘+sin45∘sin30∘=46+2. تلهٔ تستی: در فرمولِ sin(α+β) علامتِ بینِ دو جمله همیشه مثبت است، اما در cos(α+β) همیشه منفی؛ خلطِ این دو فرمول با هم رایجترین خطاست.