פונקציית הטנגנס והקשר tan x = sin x / cos x

30%
📖שיעור
50 דקות

פונקציית הטנגנס והקשר tan x = sin x / cos x

בשיעור זה נגדיר את tan⁡(x)\tan (x) באמצעות הישר המשיק למעגל היחידה בנקודה (1,0)(1,0), נכיר את הגרף ואת הנקודות שבהן הפונקציה אינה מוגדרת, ונוכיח בעזרת דמיון משולשים את הקשר tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \sin \frac{x}{\cos } x.

פונקציית הטנגנס והקשר tan x = sin x / cos x

מבוא

הכרנו את הסינוס והקוסינוס כשיעורי נקודה על מעגל היחידה. עכשיו נוסיף פונקציה שלישית — הטנגנס — שמוגדרת באמצעות הישר המשיק למעגל בנקודה (1,0). מכאן גם שמה. נראה שהפונקציה החדשה קשורה קשר הדוק לשתי הקודמות.

מטרות השיעור

  • להגדיר את באמצעות הישר המשיק למעגל היחידה בנקודה (1,0).
  • לזהות היכן הטנגנס אינו מוגדר (כאשר ) ואת האסימפטוטות בגרף.
  • להבין שמחזור הטנגנס הוא (ולא ).
  • להוכיח בעזרת דמיון משולשים את הקשר .

הרעיון המרכזי

הגדרת הטנגנס דרך הישר המשיק

הישר המשיק למעגל היחידה בנקודה (1,0) הוא הישר האנכי x = 1.

נתון מספר x שנקודתו על המעגל היא . נעביר את הקרן מהמרכז O דרך P ונאריך אותה עד שתפגוש את הישר x=1 בנקודה T=(1,\,t).

ההגדרה: — שיעור ה-y של נקודת המפגש על המשיק.

בדיקה מהירה

כיצד מגדירים גאומטרית את tan⁡(x)\tan (x) באמצעות מעגל היחידה?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

היכן הטנגנס אינו מוגדר

כאשר (בנקודות (0,1) ו-(0,-1)), הקרן מהמרכז אנכית — מקבילה לישר x=1 — ולכן אינה פוגשת אותו. שם הטנגנס אינו מוגדר: בגרף הטנגנס יש שם אסימפטוטות אנכיות.

נכון או לא נכון

נכון או לא נכון: הפונקציה tan⁡(x)\tan (x) אינה מוגדרת ב-x=π2x = \frac{\pi }{2}, מכיוון ש-cos⁡(π2)=0\cos (\frac{\pi }{2}) = 0.

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

מחזור הטנגנס

הוספת שולחת את לנקודה הנגדית . היחס לא משתנה: לכן מחזור הטנגנס הוא — חצי מהמחזור של הסינוס והקוסינוס.


ההוכחה: tan x = sin x / cos x

דמיון משולשים

נתבונן בשני משולשים ישרי-זווית בעלי קודקוד משותף במרכז O:

  • המשולש הקטן — מ-O אל : ניצב אופקי וניצב אנכי .
  • המשולש הגדול — מ-O אל : ניצב אופקי 1 וניצב אנכי .

שני המשולשים חולקים את הזווית ב-O ושניהם ישרי-זווית, ולכן הם דומים. היחס בין הניצב האנכי לאופקי שווה בשניהם.

הוכיחו: tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \sin \frac{x}{\cos } x

1

שלב 1 — מזהים שני משולשים דומים

המשולש (cos⁡x,sin⁡x)(\cos x, \sin x) והמשולש (1,tan⁡x)(1, \tan x) דומים — זווית משותפת ב-O ושתיהן ישרות.
בדיקה מהירה

מהו הקשר בין הטנגנס לסינוס ולקוסינוס?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

בהוכחת הקשר tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \sin \frac{x}{\cos } x משתמשים בשני משולשים ישרי-זווית דומים: המשולש הקטן שניצביו cos⁡x(\cos x (אופקי) ו-sin⁡x(\sin x (אנכי), והמשולש הגדול שניצביו 1 (אופקי, מהמרכז עד הישר x=1)x=1) ו-tan⁡x(\tan x (אנכי). איזו פרופורציה נובעת מהדמיון?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: טנגנס בנקודה מיוחדת

חשבו את tan⁡(π)\tan (\pi )

1

שלב 1 — ערכים

הנקודה של π\pi היא (−1,0)(-1,0), לכן sin⁡(π)=0\sin (\pi )=0 ו-cos⁡(π)=−1\cos (\pi )=-1.

דוגמה 2: טנגנס של 45° (π/4)

חשבו את tan⁡(π4)\tan (\frac{\pi }{4})

1

שלב 1 — מיקום הנקודה

π4\frac{\pi }{4} הוא שמינית מעגל; הנקודה על הישר y=xy=x ברביע הראשון.

דוגמה 3: מנקודה נתונה

הנקודה (0.8,0.6)(0.8, 0.6) על מעגל היחידה. חשבו את tan⁡x\tan x

1

שלב 1 — מזהים

cos⁡x=0.8(\cos x = 0.8 (שיעור x),sin⁡x=0.6(x), \sin x = 0.6 (שיעור y).

דוגמה 4: היכן הטנגנס אינו מוגדר

הסבירו מדוע tan⁡(3π2)\tan (\frac{3\pi }{2}) אינו מוגדר

1

שלב 1 — הנקודה

3π2\frac{3\pi }{2} מתאים לנקודה (0,−1)(0,-1).

טעויות נפוצות

טעות נפוצה: חושבים שהטנגנס מוגדר לכל x

אינו מוגדר — המכנה .

למה זה קורה?

תלמידים מתייחסים לטנגנס כמו לסינוס ולקוסינוס שמוגדרים תמיד.

איך מתקנים?

הטנגנס אינו מוגדר כאשר cos⁡x=0\cos x = 0, כלומר ב-x=π2+πkx = \frac{\pi }{2} + \pi k. שם יש אסימפטוטות.

טעות נפוצה: הופכים את היחס

— לא .

למה זה קורה?

תלמידים לא זוכרים מי במונה ומי במכנה.

איך מתקנים?

הסינוס במונה והקוסינוס במכנה: tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x = \sin \frac{x}{\cos } x, ולא ההפך.

טעות נפוצה: חושבים שמחזור הטנגנס הוא 2π2\pi

— המחזור הוא , חצי מהמחזור של ו-.

למה זה קורה?

תלמידים מכלילים מהסינוס והקוסינוס.

איך מתקנים?

מחזור הטנגנס הוא π\pi, כי הנקודה הנגדית (הוספת π)\pi ) נותנת את אותו יחס sin⁡cos⁡\frac{\sin }{\cos }.

טעות נפוצה: טועים בזיהוי הצלעות המתאימות בדמיון

— מתאימים אנכי לאנכי ואופקי לאופקי.

למה זה קורה?

תלמידים יודעים שהמשולשים דומים אך מערבבים בין הצלע האנכית לאופקית.

איך מתקנים?

במשולש הקטן: אנכי sin⁡x\sin x, אופקי cos⁡x\cos x. במשולש הגדול: אנכי tan⁡x\tan x, אופקי 1. היחס אנכי/אופקי שווה: tan⁡x1=sin⁡xcos⁡x\tan \frac{x}{1} = \sin \frac{x}{\cos } x.

סיכום

מה למדנו?

  • הגדרה גאומטרית: = שיעור ה-y של נקודת המפגש של הקרן OP עם הישר המשיק x=1.
  • הקשר המוכח: — בעזרת דמיון משולשים.
  • אי-הגדרה: ב- (כאשר ), עם אסימפטוטות בגרף.
  • מחזור: (ולא ).

מצוין! עכשיו שלוש הפונקציות הטריגונומטריות הבסיסיות בידיכם, ואתם יודעים גם להוכיח את הקשר ביניהן.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על הגדרת הטנגנס ועל הקשר tan x = sin x / cos x!

תרגול