پرش به محتوای اصلی

مثلثات (فصل 2 ریاضی 1) (علوم ریاضی)

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.

فصل دوم: مثلثات

نسبت‌های مثلثاتی در مثلث قائم

پایهٔ مثلثات، تشابه مثلث‌هاست: در دو مثلث قائم‌الزاویه با یک زاویهٔ حادهٔ مشترک، نسبت اضلاع — صرف‌نظر از اندازهٔ مثلث — ثابت می‌ماند. همین ثبات، تعریف نسبت‌های مثلثاتی را ممکن می‌کند. در مثلث قائم ABCABC با قائمه در CC:

sinA=مقابلوتر=BCABcosA=مجاوروتر=ACABtanA=مقابلمجاور=BCACcotA=1tanA\sin A = \frac{\text{مقابل}}{\text{وتر}}=\frac{BC}{AB} \qquad \cos A = \frac{\text{مجاور}}{\text{وتر}}=\frac{AC}{AB} \qquad \tan A = \frac{\text{مقابل}}{\text{مجاور}}=\frac{BC}{AC} \qquad \cot A = \frac{1}{\tan A}
tanA=sinAcosAcotA=cosAsinA\boxed{\tan A = \frac{\sin A}{\cos A}} \qquad \boxed{\cot A = \frac{\cos A}{\sin A}}

جدول مقادیر استاندارد:

زاویه sin\sin cos\cos tan\tan cot\cot
30°30° 12\frac12 32\frac{\sqrt3}{2} 33\frac{\sqrt3}{3} 3\sqrt3
45°45° 22\frac{\sqrt2}{2} 22\frac{\sqrt2}{2} 11 11
60°60° 32\frac{\sqrt3}{2} 12\frac12 3\sqrt3 33\frac{\sqrt3}{3}

روش حفظ سینوس: عدد زیر رادیکال از 1\sqrt1 تا 3\sqrt3 افزایش می‌یابد: sin30°=12\sin30°=\frac{\sqrt1}{2}, sin45°=22\sin45°=\frac{\sqrt2}{2}, sin60°=32\sin60°=\frac{\sqrt3}{2}. مقادیر 45°45° از مثلث قائم متساوی‌الساقین (وتر =2=\sqrt2) و مقادیر 30°,60°30°,60° از مثلث متساوی‌الاضلاع (ارتفاع =3=\sqrt3) اثبات می‌شوند.

مساحت مثلث با نسبت مثلثاتی:

SABC=12ABBCsinB\boxed{S_{\triangle ABC} = \frac{1}{2}\cdot AB\cdot BC\cdot \sin B}

مثال: اگر AB=6AB=6, BC=8BC=8, B^=50°\hat B=50° و sin50°0.76\sin50°\approx0.76، آنگاه S=12×6×8×0.76=18.24S=\frac12\times6\times8\times0.76=18.24.

دایرهٔ مثلثاتی

دایره‌ای به مرکز مبدأ و شعاع 11؛ نقطهٔ شروع A(1,0)A(1,0). حرکت خلاف عقربه‌ها زاویهٔ مثبت و هم‌جهت عقربه‌ها زاویهٔ منفی است. اگر P(x,y)P(x,y) روی دایره با زاویهٔ θ\theta باشد:

cosθ=x,sinθ=ytanθ=yxcotθ=xy\boxed{\cos\theta = x, \qquad \sin\theta = y} \qquad \tan\theta=\frac{y}{x} \qquad \cot\theta=\frac{x}{y}

چون PP روی دایرهٔ واحد است: 1sinθ1-1\le\sin\theta\le1 و 1cosθ1-1\le\cos\theta\le1، اما tanθ\tan\theta و cotθ\cot\theta نامحدودند.

علائم در ربع‌ها (قاعدهٔ ASTC — All, Sin, Tan, Cos):

ربع بازه sin\sin cos\cos tan\tan cot\cot
اول 0°-90°90° ++ ++ ++ ++
دوم 90°90°-180°180° ++ - - -
سوم 180°180°-270°270° - - ++ ++
چهارم 270°270°-360°360° - ++ - -

مثال محاسباتی: اگر sinθ=57\sin\theta=\frac57 و θ\theta در ربع دوم، از x2+y2=1x^2+y^2=1: x2=12549=2449x^2=1-\frac{25}{49}=\frac{24}{49}، و چون در ربع دوم x<0x<0: cosθ=267\cos\theta=-\frac{2\sqrt6}{7}، tanθ=5612\tan\theta=-\frac{5\sqrt6}{12}.

رابطهٔ شیب خط با تانژانت: اگر خط با محور xx زاویهٔ α\alpha بسازد: m=tanα\boxed{m=\tan\alpha}.

روابط بین نسبت‌های مثلثاتی

اتحاد اصلی (فیثاغورسی) — از x2+y2=1x^2+y^2=1 روی دایرهٔ واحد:

sin2α+cos2α=1\boxed{\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1}

با تقسیم بر cos2α\cos^2\alpha و sin2α\sin^2\alpha:

tan2α+1=1cos2αcot2α+1=1sin2α\boxed{\tan^2\alpha+1=\frac{1}{\cos^2\alpha}} \qquad \boxed{\cot^2\alpha+1=\frac{1}{\sin^2\alpha}}

مثال اثبات اتحاد: برای اثبات sinθtanθ=1cosθcosθ\sin\theta\tan\theta=\frac{1}{\cos\theta}-\cos\theta، طرف راست را ساده می‌کنیم: 1cos2θcosθ=sin2θcosθ=sinθsinθcosθ=sinθtanθ\frac{1-\cos^2\theta}{\cos\theta}=\frac{\sin^2\theta}{\cos\theta}=\sin\theta\cdot\frac{\sin\theta}{\cos\theta}=\sin\theta\tan\theta ✓. روش کلی اثبات اتحاد: طرف پیچیده‌تر را ساده کن تا به طرف دیگر برسی؛ تکنیک ضرب در مزدوج هم مفید است، مثل 11+sinθ1sinθ1sinθ=1sinθcos2θ\frac{1}{1+\sin\theta}\cdot\frac{1-\sin\theta}{1-\sin\theta}=\frac{1-\sin\theta}{\cos^2\theta}.

مثال دیگر: sin4θcos4θ=(sin2θcos2θ)(sin2θ+cos2θ)=sin2θcos2θ\sin^4\theta-\cos^4\theta=(\sin^2\theta-\cos^2\theta)(\sin^2\theta+\cos^2\theta)=\sin^2\theta-\cos^2\theta.

نکات فراتر از کتاب و جمع‌بندی

زوایای مکمل، متمم، منفی و تناوب:

sin(90°α)=cosαcos(90°α)=sinαtan(90°α)=cotα\sin(90°-\alpha)=\cos\alpha \qquad \cos(90°-\alpha)=\sin\alpha \qquad \tan(90°-\alpha)=\cot\alpha
sin(180°α)=sinαcos(180°α)=cosα\sin(180°-\alpha)=\sin\alpha \qquad \cos(180°-\alpha)=-\cos\alpha
sin(α)=sinαcos(α)=cosαtan(α)=tanα\sin(-\alpha)=-\sin\alpha \qquad \cos(-\alpha)=\cos\alpha \qquad \tan(-\alpha)=-\tan\alpha

sin\sin, tan\tan, cot\cot توابع فرد؛ cos\cos تابع زوج است. دورهٔ تناوب sin\sin و cos\cos برابر 360°360° و دورهٔ tan\tan و cot\cot برابر 180°180° است — مثال: sin750°=sin(750°2×360°)=sin30°=12\sin750°=\sin(750°-2\times360°)=\sin30°=\frac12.

فرمول‌های جمع زاویه (فراتر از کتاب):

sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβcos(α±β)=cosαcosβsinαsinβ\sin(\alpha\pm\beta)=\sin\alpha\cos\beta\pm\cos\alpha\sin\beta \qquad \cos(\alpha\pm\beta)=\cos\alpha\cos\beta\mp\sin\alpha\sin\beta

با این‌ها می‌توان زوایای غیراستاندارد را ساخت: sin75°=sin(45°+30°)=6+24\sin75°=\sin(45°+30°)=\frac{\sqrt6+\sqrt2}{4}.

فرمول‌های دو برابر زاویه: sin2α=2sinαcosα\sin2\alpha=2\sin\alpha\cos\alpha، cos2α=cos2αsin2α=12sin2α\cos2\alpha=\cos^2\alpha-\sin^2\alpha=1-2\sin^2\alpha.

نکات کنکوری کلیدی:

  • tanθ\tan\theta تعریف نشده     cosθ=0    θ=90°+k180°\iff\cos\theta=0\iff\theta=90°+k\cdot180°؛ cotθ\cot\theta تعریف نشده     sinθ=0\iff\sin\theta=0.
  • تشخیص ربع از علامت دو نسبت: sinθ>0,cosθ<0\sin\theta>0,\cos\theta<0\Rightarrow ربع دوم.
  • هر اتحاد مثلثاتی را می‌توان با تبدیل همه‌چیز به sin\sin و cos\cos ساده کرد.
  • نامساوی مهم: sinθ<θ<tanθ\sin\theta<\theta<\tan\theta برای 0<θ<π20<\theta<\frac{\pi}{2} (رادیان).

نمونه تست

پاسخنامه‌ی تحلیلی سه‌بخشی برای هر سؤال

  • چرا گزینه‌ی درست، درست است
  • چرا هر گزینه‌ی دیگر غلط است
  • تله‌ی تستی‌ای که باید بشناسی

1. نقطهٔ متناظر با زاویهٔ 180180^\circ روی دایرهٔ مثلثاتی کدام است؟

  • (0,1)(0,1)
  • (1,0)(-1,0)
  • (0,1)(0,-1)
  • (1,0)(1,0)

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«(1,0)(-1,0)» درست است. از نقطهٔ شروع (1,0)(1,0) اگر 180180^\circ خلاف جهت عقربه‌های ساعت بچرخیم، به سمت چپ محور xx می‌رسیم. پس مختصات نقطه برابر (1,0)(-1,0) است. تلهٔ تستی: مؤلفهٔ xx نقطهٔ متناظر با cosθ\cos\theta و مؤلفهٔ yy با sinθ\sin\theta متناظر است؛ جابه‌جاییِ این دو، یک ربع را با ربعِ همسایه‌اش اشتباه می‌کند.

2. اگر sinθ=513\sin\theta=\dfrac{5}{13} و θ\theta در ربع دوم باشد، cosθ\cos\theta کدام است؟

  • 512\dfrac{5}{12}
  • 1213\dfrac{12}{13}
  • 1213-\dfrac{12}{13}
  • 512-\dfrac{5}{12}

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«1213-\dfrac{12}{13}» درست است. از اتحاد sin2θ+cos2θ=1\sin^2\theta+\cos^2\theta=1 داریم cos2θ=125169=144169\cos^2\theta=1-\dfrac{25}{169}=\dfrac{144}{169}، پس cosθ=±1213\cos\theta=\pm\dfrac{12}{13}. چون زاویه در ربع دوم است، کسینوس منفی می‌شود؛ پس cosθ=1213\cos\theta=-\dfrac{12}{13}. تلهٔ تستی: علامتِ نسبت‌هایِ مثلثاتی فقط با قاعدهٔ ASTC (ربعِ اول همه، دوم فقط sin\sin، سوم فقط tan\tan، چهارم فقط cos\cos) تعیین می‌شود؛ حدس‌زدنِ علامت بدونِ مراجعه به این قاعده رایج‌ترین خطاست.

3. اگر sinθ=513\sin\theta=\dfrac{5}{13} و θ\theta در ربع دوم باشد، tanθ\tan\theta برابر است با

  • 512\dfrac{5}{12}
  • 125-\dfrac{12}{5}
  • 125\dfrac{12}{5}
  • 512-\dfrac{5}{12}

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«512-\dfrac{5}{12}» درست است. در ربعِ دوم cosθ<0\cos\theta<0، پس از اتحادِ اصلی cosθ=125/169=1213\cos\theta=-\sqrt{1-25/169}=-\dfrac{12}{13}. بنابراین tanθ=sinθcosθ=5/1312/13=512\tan\theta=\dfrac{\sin\theta}{\cos\theta}=\dfrac{5/13}{-12/13}=-\dfrac{5}{12}. «512\dfrac{5}{12}» رد می‌شود چون علامتِ منفیِ cosθ\cos\theta در ربعِ دوم نادیده گرفته شده. «125-\dfrac{12}{5}» و «125\dfrac{12}{5}» رد می‌شوند چون کسر معکوس محاسبه شده. تلهٔ تستی: علامتِ نسبت‌هایِ مثلثاتی فقط با قاعدهٔ ASTC (ربعِ اول همه، دوم فقط sin\sin، سوم فقط tan\tan، چهارم فقط cos\cos) تعیین می‌شود؛ حدس‌زدنِ علامت بدونِ مراجعه به این قاعده رایج‌ترین خطاست.

4. کدام گزینه همواره برابر sec2θ\sec^2\theta است؟

  • 1tan2θ1-\tan^2\theta
  • 1+tan2θ1+\tan^2\theta
  • 1+cot2θ1+\cot^2\theta
  • sin2θ+1\sin^2\theta+1

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«1+tan2θ1+\tan^2\theta» درست است. از تقسیم اتحاد اصلی بر cos2θ\cos^2\theta نتیجه می‌گیریم tan2θ+1=sec2θ\tan^2\theta+1=\sec^2\theta. گزینهٔ 1+cot2θ1+\cot^2\theta برابر csc2θ\csc^2\theta است، نه سکانت مربع. تلهٔ تستی: فرمول‌هایِ cos2θ\cos2\theta سه شکلِ هم‌ارز دارند (cos2θsin2θ\cos^2\theta-\sin^2\theta، 12sin2θ1-2\sin^2\theta، 2cos2θ12\cos^2\theta-1)؛ انتخابِ شکلِ نامناسب با اطلاعاتِ داده‌شده باعثِ محاسباتِ اضافی یا خطا می‌شود.

5. اگر cotθ=2\cot\theta=-2 و θ\theta در ربع دوم باشد، sinθ\sin\theta کدام است؟

  • 15-\dfrac{1}{\sqrt5}
  • 25-\dfrac{2}{\sqrt5}
  • 15\dfrac{1}{\sqrt5}
  • 25\dfrac{2}{\sqrt5}

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«15\dfrac{1}{\sqrt5}» درست است. از cotθ=cosθsinθ=2\cot\theta=\dfrac{\cos\theta}{\sin\theta}=-2 می‌فهمیم قدرمطلق کسینوس دو برابر قدرمطلق سینوس است. اگر sinθ=y\sin\theta=y و cosθ=2y\cos\theta=-2y، از y2+4y2=1y^2+4y^2=1 داریم 5y2=15y^2=1، پس y=±15y=\pm\dfrac1{\sqrt5}. چون ربع دوم است، سینوس مثبت می‌شود؛ بنابراین sinθ=15\sin\theta=\dfrac1{\sqrt5}. تلهٔ تستی: علامتِ نسبت‌هایِ مثلثاتی فقط با قاعدهٔ ASTC (ربعِ اول همه، دوم فقط sin\sin، سوم فقط tan\tan، چهارم فقط cos\cos) تعیین می‌شود؛ حدس‌زدنِ علامت بدونِ مراجعه به این قاعده رایج‌ترین خطاست.

6. اگر cotθ=2\cot\theta=-2 و θ\theta در ربع دوم باشد، cosθ\cos\theta کدام است؟

  • 25\dfrac{2}{\sqrt5}
  • 15-\dfrac{1}{\sqrt5}
  • 15\dfrac{1}{\sqrt5}
  • 25-\dfrac{2}{\sqrt5}

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«25-\dfrac{2}{\sqrt5}» درست است. چون cotθ=cosθsinθ=2\cot\theta=\dfrac{\cos\theta}{\sin\theta}=-2، داریم cosθ=2sinθ\cos\theta=-2\sin\theta. با جای‌گذاری در اتحادِ اصلی: sin2θ+4sin2θ=1sinθ=15\sin^2\theta+4\sin^2\theta=1\Rightarrow\sin\theta=\dfrac{1}{\sqrt5} (مثبت، چون در ربعِ دوم sinθ>0\sin\theta>0)، پس cosθ=2×15=25\cos\theta=-2\times\dfrac{1}{\sqrt5}=-\dfrac{2}{\sqrt5}. «25\dfrac{2}{\sqrt5}» رد می‌شود چون علامتِ منفیِ ربعِ دوم نادیده گرفته شده. «15-\dfrac{1}{\sqrt5}» و «15\dfrac{1}{\sqrt5}» رد می‌شوند چون به‌جایِ cosθ\cos\theta، مقدارِ sinθ\sin\theta گرفته شده. تلهٔ تستی: از cotθ\cot\theta می‌توان مستقیماً نسبتِ cosθ=2sinθ\cos\theta=-2\sin\theta را ساخت و در اتحادِ اصلی جای‌گذاری کرد؛ نیازی به محاسبهٔ جداگانهٔ زاویه نیست.

7. اگر معادلهٔ خط y=3x+5y=-\sqrt3x+5 باشد، زاویهٔ آن با محور xx در بازهٔ 00^\circ تا 180180^\circ کدام است؟

  • 3030^\circ
  • 6060^\circ
  • 120120^\circ
  • 150150^\circ

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«120120^\circ» درست است. شیب خط m=3m=-\sqrt3 است و باید زاویه‌ای در بازهٔ 00^\circ تا 180180^\circ بیابیم که تانژانتش 3-\sqrt3 باشد. چون tan120=3\tan120^\circ=-\sqrt3، زاویهٔ مورد نظر 120120^\circ است؛ 6060^\circ تانژانت مثبت دارد. تلهٔ تستی: وقتی زاویهٔ داخلِ تابع ضریبی مثلِ 22 یا 33 دارد، بازهٔ آن زاویه هم به همان نسبت گسترش می‌یابد (مثلاً [0,360)[0^\circ,360^\circ) برایِ 2x2x به [0,720)[0^\circ,720^\circ) تبدیل می‌شود)؛ فراموش‌کردنِ این گسترش نیمی از جواب‌ها را حذف می‌کند.

8. اگر tanθ=3\tan\theta=-\sqrt3 و θ\theta در بازهٔ 00^\circ تا 180180^\circ باشد، θ\theta برابر است با

  • 120120^\circ
  • 150150^\circ
  • 3030^\circ
  • 6060^\circ

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«120120^\circ» درست است. در این بازه، تانژانت منفی فقط در ربع دوم است. زاویهٔ مرجع برای مقدار 3\sqrt3 برابر 6060^\circ است، پس زاویهٔ اصلی 18060=120180^\circ-60^\circ=120^\circ می‌شود. تلهٔ تستی: وقتی زاویهٔ داخلِ تابع ضریبی مثلِ 22 یا 33 دارد، بازهٔ آن زاویه هم به همان نسبت گسترش می‌یابد (مثلاً [0,360)[0^\circ,360^\circ) برایِ 2x2x به [0,720)[0^\circ,720^\circ) تبدیل می‌شود)؛ فراموش‌کردنِ این گسترش نیمی از جواب‌ها را حذف می‌کند.

9. اگر sin75\sin75^\circ را با فرمول جمع زوایا محاسبه کنیم، کدام گزینه درست است؟

  • 3+12\dfrac{\sqrt3+1}{2}
  • 312\dfrac{\sqrt3-1}{2}
  • 624\dfrac{\sqrt6-\sqrt2}{4}
  • 6+24\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«6+24\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}» درست است. داریم sin75=sin(45+30)=sin45cos30+cos45sin30\sin75^\circ=\sin(45^\circ+30^\circ)=\sin45^\circ\cos30^\circ+\cos45^\circ\sin30^\circ. با جایگذاری مقادیر خاص به 2232+2212=6+24\dfrac{\sqrt2}{2}\cdot\dfrac{\sqrt3}{2}+\dfrac{\sqrt2}{2}\cdot\dfrac12=\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4} می‌رسیم. تلهٔ تستی: در فرمولِ sin(α+β)\sin(\alpha+\beta) علامتِ بینِ دو جمله همیشه مثبت است، اما در cos(α+β)\cos(\alpha+\beta) همیشه منفی؛ خلطِ این دو فرمول با هم رایج‌ترین خطاست.

10. کدام گزینه برابر cos15\cos15^\circ است؟

  • 22\dfrac{\sqrt2}{2}
  • 624\dfrac{\sqrt6-\sqrt2}{4}
  • 6+24\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}
  • 32\dfrac{\sqrt3}{2}

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«6+24\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}» درست است. با استفاده از فرمول تفاضل کسینوس داریم cos15=cos(4530)=cos45cos30+sin45sin30=6+24\cos15^\circ=\cos(45^\circ-30^\circ)=\cos45^\circ\cos30^\circ+\sin45^\circ\sin30^\circ=\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}. تلهٔ تستی: در فرمولِ sin(α+β)\sin(\alpha+\beta) علامتِ بینِ دو جمله همیشه مثبت است، اما در cos(α+β)\cos(\alpha+\beta) همیشه منفی؛ خلطِ این دو فرمول با هم رایج‌ترین خطاست.

مباحث مرتبط

ادامه‌ی این مبحث رو ببین

با ثبت‌نام رایگان، به بانک کامل سؤال، شبیه‌ساز کنکور و تحلیل پیشرفت دسترسی داری

ثبت‌نام رایگان