Trigonometrijske funkcije poluugla

Formule za poluugao izvode se iz formula za dvostruki ugao zamenom β=α2\beta=\frac{\alpha}{2}. Na taj način dobijaju se veze između funkcija ugla α\alpha i njegovog poluugla α2\frac{\alpha}{2}.

Formule

sinα2=1cosα2cosα2=1+cosα2\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 - \cos\alpha}{2}} \qquad \left|\cos\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 + \cos\alpha}{2}}

tgα2=1cosαsinα=sinα1+cosαctgα2=sinα1cosα=1+cosαsinα\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos\alpha}{\sin\alpha} = \frac{\sin\alpha}{1 + \cos\alpha} \qquad \operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2} = \frac{\sin\alpha}{1 - \cos\alpha} = \frac{1 + \cos\alpha}{\sin\alpha}

tgα2=1cosα1+cosαctgα2=1+cosα1cosα\left|\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 - \cos\alpha}{1 + \cos\alpha}} \qquad \left|\operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 + \cos\alpha}{1 - \cos\alpha}}

tg2α2=1cosα1+cosα\operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos\alpha}{1 + \cos\alpha}

Iz formula za dvostruki ugao slede i korisni oblici koji se često koriste za uprošćavanje:

1cosα=2sin2α21+cosα=2cos2α21 - \cos\alpha = 2\sin^2\frac{\alpha}{2} \qquad 1 + \cos\alpha = 2\cos^2\frac{\alpha}{2}

Univerzalna trigonometrijska smena (izražavanje sinα\sin\alpha i cosα\cos\alpha preko tgα2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}):

sinα=2tgα21+tg2α2cosα=1tg2α21+tg2α2\sin\alpha = \frac{2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}}{1 + \operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2}} \qquad \cos\alpha = \frac{1 - \operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2}}{1 + \operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2}}

Sve formule koje sadrže koren daju apsolutnu vrednost: sinα2\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right|, cosα2\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|, tgα2\left|\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}\right|, ctgα2\left|\operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2}\right|. Apsolutne zagrade se uklanjaju tako što se ispred korena stavi ++ ili - u zavisnosti od kvadranta u kome se nalazi α2\frac{\alpha}{2}:

sinα2=±1cosα2\sin\frac{\alpha}{2} = \pm\sqrt{\frac{1 - \cos\alpha}{2}}

Koji znak se bira, određuje se posebno za svaki zadatak. Na primer, ako je α2\frac{\alpha}{2} u drugom kvadrantu, sinus je pozitivan pa uzimamo ++, a kosinus je negativan pa uzimamo -. Ovo je najčešće mesto greške.


Izvođenje formula

Sve formule poluugla potiču iz formula za dvostruki ugao zamenom αα2\alpha \to \frac{\alpha}{2}.


Formula za sinα2\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right|

Polazimo od formule za kosinus dvostrukog ugla:

cosα=12sin2α2\cos\alpha = 1 - 2\sin^2\frac{\alpha}{2}

Izražavamo sin2α2\sin^2\frac{\alpha}{2}:

sin2α2=1cosα2\sin^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos\alpha}{2}

Korenujemo (dobijamo apsolutnu vrednost jer koren ne daje predznak):

sinα2=1cosα2\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 - \cos\alpha}{2}}


Formula za cosα2\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|

Polazimo od drugog oblika formule za kosinus dvostrukog ugla:

cosα=2cos2α21\cos\alpha = 2\cos^2\frac{\alpha}{2} - 1

Izražavamo cos2α2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

cos2α2=1+cosα2\cos^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1 + \cos\alpha}{2}

Korenujemo:

cosα2=1+cosα2\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 + \cos\alpha}{2}}


Formule za tgα2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}

Polazimo od definicije tangensa i množimo brojilac i imenilac sa 2cosα22\cos\frac{\alpha}{2}:

tgα2=sinα2cosα2=2sinα2cosα22cos2α2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{\sin\frac{\alpha}{2}}{\cos\frac{\alpha}{2}} = \frac{2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2}}{2\cos^2\frac{\alpha}{2}}

Prepoznajemo u brojiocu sinα=2sinα2cosα2\sin\alpha = 2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2}, a u imeniocu 1+cosα=2cos2α21 + \cos\alpha = 2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

tgα2=sinα1+cosα\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{\sin\alpha}{1 + \cos\alpha}

Drugi oblik dobijamo analogno, množenjem sa 2sinα22\sin\frac{\alpha}{2}:

tgα2=2sin2α22sinα2cosα2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{2\sin^2\frac{\alpha}{2}}{2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2}}

Prepoznajemo 1cosα=2sin2α21 - \cos\alpha = 2\sin^2\frac{\alpha}{2} u brojiocu i sinα\sin\alpha u imeniocu:

tgα2=1cosαsinα\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos\alpha}{\sin\alpha}


Formula za tgα2\left|\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}\right|

Delimo formule za sinα2\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right| i cosα2\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|:

tgα2=sinα2cosα2=1cosα21+cosα2=1cosα1+cosα\left|\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}\right| = \frac{\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right|}{\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|} = \frac{\sqrt{\dfrac{1-\cos\alpha}{2}}}{\sqrt{\dfrac{1+\cos\alpha}{2}}} = \sqrt{\frac{1-\cos\alpha}{1+\cos\alpha}}

Za ctgα2\left|\operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2}\right| je razlomak pod korenom naopako, jer ctgα2=1tgα2\operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2} = \dfrac{1}{\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}}.


Univerzalna trigonometrijska smena

Neka je t=tgα2t = \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}. Cilj je izraziti sinα\sin\alpha i cosα\cos\alpha samo preko tt.

Za sinα\sin\alpha: polazimo od sinα=2sinα2cosα2\sin\alpha = 2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2} i zapisujemo imenilac kao 11 koristeći osnovni identitet:

sinα=2sinα2cosα2sin2α2+cos2α2\sin\alpha = \frac{2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2}}{\sin^2\frac{\alpha}{2} + \cos^2\frac{\alpha}{2}}

Delimo brojilac i imenilac sa cos2α2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

sinα=2sinα2cosα21+sin2α2cos2α2=2tgα21+tg2α2=2t1+t2\sin\alpha = \frac{\dfrac{2\sin\frac{\alpha}{2}}{\cos\frac{\alpha}{2}}}{1 + \dfrac{\sin^2\frac{\alpha}{2}}{\cos^2\frac{\alpha}{2}}} = \frac{2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}}{1 + \operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2}} = \frac{2t}{1 + t^2}

Za cosα\cos\alpha: polazimo od cosα=cos2α2sin2α2\cos\alpha = \cos^2\frac{\alpha}{2} - \sin^2\frac{\alpha}{2} i zapisujemo imenilac kao 11:

cosα=cos2α2sin2α2cos2α2+sin2α2\cos\alpha = \frac{\cos^2\frac{\alpha}{2} - \sin^2\frac{\alpha}{2}}{\cos^2\frac{\alpha}{2} + \sin^2\frac{\alpha}{2}}

Delimo sa cos2α2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

cosα=1tg2α21+tg2α2=1t21+t2\cos\alpha = \frac{1 - \operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2}}{1 + \operatorname{tg}^2\frac{\alpha}{2}} = \frac{1 - t^2}{1 + t^2}

Nije potrebno učiti ove dve formule napamet. Dovoljno je zapamtiti da je moguće izraziti sinα\sin\alpha i cosα\cos\alpha isključivo preko tgα2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}, i u svakom trenutku ih možeš ponovo izvesti na ovaj način.


Primeri

Izračunavanje funkcija poluugla iz poznatih vrednosti

Zadatak. Ako je tgα=247\operatorname{tg}\alpha = \dfrac{24}{7} i α(π,3π2)\alpha \in \left(\pi, \dfrac{3\pi}{2}\right), izračunati sinα2\sin\dfrac{\alpha}{2}, cosα2\cos\dfrac{\alpha}{2} i tgα2\operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}.

Korak 1. Određujemo cosα\cos\alpha. Koristimo 1+tg2α=1cos2α1 + \operatorname{tg}^2\alpha = \dfrac{1}{\cos^2\alpha}:

cos2α=49625    cosα=725\cos^2\alpha = \frac{49}{625} \implies \cos\alpha = -\frac{7}{25} (kosinus negativan u trećem kvadrantu).

Korak 2. Određujemo kvadrant za α2\frac{\alpha}{2}.

Iz π<α<3π2\pi < \alpha < \frac{3\pi}{2} deljenjem sa 2:

π2<α2<3π4\frac{\pi}{2} < \frac{\alpha}{2} < \frac{3\pi}{4}

Ugao α2\frac{\alpha}{2} je u drugom kvadrantu, pa je sinα2>0\sin\frac{\alpha}{2} > 0, cosα2<0\cos\frac{\alpha}{2} < 0.

Korak 3. Primenjujemo formule:

sinα2=1(725)2=3250=1625=45\sin\frac{\alpha}{2} = \sqrt{\frac{1 - \left(-\frac{7}{25}\right)}{2}} = \sqrt{\frac{32}{50}} = \sqrt{\frac{16}{25}} = \frac{4}{5}

cosα2=1+(725)2=1850=925=35\cos\frac{\alpha}{2} = -\sqrt{\frac{1 + \left(-\frac{7}{25}\right)}{2}} = -\sqrt{\frac{18}{50}} = -\sqrt{\frac{9}{25}} = -\frac{3}{5}

tgα2=sinα2cosα2=4535=43\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{\sin\frac{\alpha}{2}}{\cos\frac{\alpha}{2}} = \frac{\frac{4}{5}}{-\frac{3}{5}} = -\frac{4}{3}

Univerzalna trigonometrijska smena

Kada izraz sadrži sinα\sin\alpha i cosα\cos\alpha i dat je tgα2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}, sve zamenjujemo univerzalnom smenom.

Zadatak. Izračunati A=sinx+2cosxtgxctgxA = \dfrac{\sin x + 2\cos x}{\operatorname{tg} x - \operatorname{ctg} x}, ako je tgx2=2\operatorname{tg}\dfrac{x}{2} = 2.

Smenom t=2t = 2:

sinx=221+4=45cosx=141+4=35\sin x = \frac{2 \cdot 2}{1 + 4} = \frac{4}{5} \qquad \cos x = \frac{1 - 4}{1 + 4} = -\frac{3}{5}

tgx=43ctgx=34\operatorname{tg} x = -\frac{4}{3} \qquad \operatorname{ctg} x = -\frac{3}{4}

A=456543+34=25712=25127=2435A = \frac{\frac{4}{5} - \frac{6}{5}}{-\frac{4}{3} + \frac{3}{4}} = \frac{-\frac{2}{5}}{-\frac{7}{12}} = \frac{2}{5} \cdot \frac{12}{7} = \frac{24}{35}

Zadatak. Izraziti A=254sinα+3cosαA = \dfrac{2}{5 - 4\sin\alpha + 3\cos\alpha} u funkciji od z=tgα2z = \operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}.

Zamenjujemo sinα=2z1+z2\sin\alpha = \dfrac{2z}{1+z^2} i cosα=1z21+z2\cos\alpha = \dfrac{1-z^2}{1+z^2} i svodimo imenilac na zajednički imenilac 1+z21 + z^2:

A=25(1+z2)8z+3(1z2)1+z2=2(1+z2)2z28z+8=2(1+z2)2(z2)2=1+z2(z2)2A = \frac{2}{\dfrac{5(1+z^2) - 8z + 3(1-z^2)}{1+z^2}} = \frac{2(1+z^2)}{2z^2 - 8z + 8} = \frac{2(1+z^2)}{2(z-2)^2} = \frac{1+z^2}{(z-2)^2}

Zadaci za vežbanje

10 ukupno

Naći bez upotrebe računskih pomagala vrednost izraza: sin15 \sin 15^\circ

Uvodni

Ako je sinα=429 \sin \alpha = -\frac{4\sqrt{2}}{9} i α(π,3π2), \alpha \in \left(\pi, \frac{3\pi}{2}\right) , odrediti sinα2. \sin \frac{\alpha}{2} .

Uvodni

Dokazati identitet: ctgα=1tg2α22tgα2, \text{ctg} \alpha = \frac{1 - \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}}{2 \text{tg} \frac{\alpha}{2}} , za απk, \alpha \neq \pi k , kZ. k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Dokazati identitet: cosα=1tg2α21+tg2α2, \cos \alpha = \frac{1 - \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}}{1 + \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}} , za απ(2k+1), \alpha \neq \pi(2k + 1) , kZ. k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Ako je tgα=247 \text{tg} \alpha = \frac{24}{7} i α(π,3π2), \alpha \in \left(\pi, \frac{3\pi}{2}\right) , izračunati: sinα2, \sin \frac{\alpha}{2} , cosα2 \cos \frac{\alpha}{2} i tgα2. \text{tg} \frac{\alpha}{2} .

Uvodni

Dokazati identitet: tgα2=1cosαsinα, \text{tg} \frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos \alpha}{\sin \alpha} , za απk,kZ. \alpha \neq \pi k, k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Dokazati identitet: tgα2=sinα1+cosα, \text{tg} \frac{\alpha}{2} = \frac{\sin \alpha}{1 + \cos \alpha} , za απ(2k+1),kZ. \alpha \neq \pi(2k + 1), k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Dokazati identitet: sinα=2tgα21+tg2α2, \sin \alpha = \frac{2 \text{tg} \frac{\alpha}{2}}{1 + \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}} , za απ(2k+1), \alpha \neq \pi(2k + 1) , kZ. k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Naći bez upotrebe računskih pomagala vrednost izraza: cos15. \cos 15^\circ .

Uvodni

Izračunati bez upotrebe računskih pomagala tg730. \text{tg} 7^\circ 30' .

Uvodni