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 ABC با قائمه در C:
روش حفظ سینوس: عدد زیر رادیکال از 1 تا 3 افزایش مییابد: sin30°=21, sin45°=22, sin60°=23. مقادیر 45° از مثلث قائم متساویالساقین (وتر =2) و مقادیر 30°,60° از مثلث متساویالاضلاع (ارتفاع =3) اثبات میشوند.
مساحت مثلث با نسبت مثلثاتی:
S△ABC=21⋅AB⋅BC⋅sinB
مثال: اگر AB=6, BC=8, B^=50° و sin50°≈0.76، آنگاه S=21×6×8×0.76=18.24.
دایرهٔ مثلثاتی
دایرهای به مرکز مبدأ و شعاع 1؛ نقطهٔ شروع A(1,0). حرکت خلاف عقربهها زاویهٔ مثبت و همجهت عقربهها زاویهٔ منفی است. اگر P(x,y) روی دایره با زاویهٔ θ باشد:
cosθ=x,sinθ=ytanθ=xycotθ=yx
چون P روی دایرهٔ واحد است: −1≤sinθ≤1 و −1≤cosθ≤1، اما tanθ و cotθ نامحدودند.
علائم در ربعها (قاعدهٔ ASTC — All, Sin, Tan, Cos):
ربع
بازه
sin
cos
tan
cot
اول
0°-90°
+
+
+
+
دوم
90°-180°
+
−
−
−
سوم
180°-270°
−
−
+
+
چهارم
270°-360°
−
+
−
−
مثال محاسباتی: اگر sinθ=75 و θ در ربع دوم، از x2+y2=1: x2=1−4925=4924، و چون در ربع دوم x<0: cosθ=−726، tanθ=−1256.
رابطهٔ شیب خط با تانژانت: اگر خط با محور x زاویهٔ α بسازد: m=tanα.
روابط بین نسبتهای مثلثاتی
اتحاد اصلی (فیثاغورسی) — از x2+y2=1 روی دایرهٔ واحد:
sin2α+cos2α=1
با تقسیم بر cos2α و sin2α:
tan2α+1=cos2α1cot2α+1=sin2α1
مثال اثبات اتحاد: برای اثبات sinθtanθ=cosθ1−cosθ، طرف راست را ساده میکنیم: cosθ1−cos2θ=cosθsin2θ=sinθ⋅cosθsinθ=sinθtanθ ✓. روش کلی اثبات اتحاد: طرف پیچیدهتر را ساده کن تا به طرف دیگر برسی؛ تکنیک ضرب در مزدوج هم مفید است، مثل 1+sinθ1⋅1−sinθ1−sinθ=cos2θ1−sinθ.
مثال دیگر: sin4θ−cos4θ=(sin2θ−cos2θ)(sin2θ+cos2θ)=sin2θ−cos2θ.
نکات فراتر از کتاب و جمعبندی
زوایای مکمل، متمم، منفی و تناوب:
sin(90°−α)=cosαcos(90°−α)=sinαtan(90°−α)=cotα
sin(180°−α)=sinαcos(180°−α)=−cosα
sin(−α)=−sinαcos(−α)=cosαtan(−α)=−tanα
sin, tan, cot توابع فرد؛ cos تابع زوج است. دورهٔ تناوب sin و cos برابر 360° و دورهٔ tan و cot برابر 180° است — مثال: sin750°=sin(750°−2×360°)=sin30°=21.
تشخیص ربع از علامت دو نسبت: sinθ>0,cosθ<0⇒ ربع دوم.
هر اتحاد مثلثاتی را میتوان با تبدیل همهچیز به sin و cos ساده کرد.
نامساوی مهم: sinθ<θ<tanθ برای 0<θ<2π (رادیان).
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+tan2θ
1+cot2θ
sin2θ+1
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؟
−51
−52
51
52
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؟
30∘
60∘
120∘
150∘
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
120∘
150∘
30∘
60∘
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؟
23+1
23−1
46−2
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؟
22
46−2
46+2
23
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.