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

∣sin⁡α2∣=1−cos⁡α2∣cos⁡α2∣=1+cos⁡α2\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}}

tg⁡α2=1−cos⁡αsin⁡α=sin⁡α1+cos⁡αctg⁡α2=sin⁡α1−cos⁡α=1+cos⁡αsin⁡α\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}

∣tg⁡α2∣=1−cos⁡α1+cos⁡α∣ctg⁡α2∣=1+cos⁡α1−cos⁡α\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}}

tg⁡2α2=1−cos⁡α1+cos⁡α\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:

1−cos⁡α=2sin⁡2α21+cos⁡α=2cos⁡2α21 - \cos\alpha = 2\sin^2\frac{\alpha}{2} \qquad 1 + \cos\alpha = 2\cos^2\frac{\alpha}{2}

Univerzalna trigonometrijska smena (izražavanje sin⁡α\sin\alpha i cos⁡α\cos\alpha preko tg⁡α2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}):

sin⁡α=2tg⁡α21+tg⁡2α2cos⁡α=1−tg⁡2α21+tg⁡2α2\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: ∣sin⁡α2∣\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right|, ∣cos⁡α2∣\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|, ∣tg⁡α2∣\left|\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}\right|, ∣ctg⁡α2∣\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}:

sin⁡α2=±1−cos⁡α2\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 α→α2\alpha \to \frac{\alpha}{2}.


Formula za ∣sin⁡α2∣\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right|

Polazimo od formule za kosinus dvostrukog ugla:

cos⁡α=1−2sin⁡2α2\cos\alpha = 1 - 2\sin^2\frac{\alpha}{2}

Izražavamo sin⁡2α2\sin^2\frac{\alpha}{2}:

sin⁡2α2=1−cos⁡α2\sin^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos\alpha}{2}

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

∣sin⁡α2∣=1−cos⁡α2\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 - \cos\alpha}{2}}


Formula za ∣cos⁡α2∣\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|

Polazimo od drugog oblika formule za kosinus dvostrukog ugla:

cos⁡α=2cos⁡2α2−1\cos\alpha = 2\cos^2\frac{\alpha}{2} - 1

Izražavamo cos⁡2α2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

cos⁡2α2=1+cos⁡α2\cos^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1 + \cos\alpha}{2}

Korenujemo:

∣cos⁡α2∣=1+cos⁡α2\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right| = \sqrt{\frac{1 + \cos\alpha}{2}}


Formule za tg⁡α2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}

Polazimo od definicije tangensa i množimo brojilac i imenilac sa 2cos⁡α22\cos\frac{\alpha}{2}:

tg⁡α2=sin⁡α2cos⁡α2=2sin⁡α2cos⁡α22cos⁡2α2\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 sin⁡α=2sin⁡α2cos⁡α2\sin\alpha = 2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2}, a u imeniocu 1+cos⁡α=2cos⁡2α21 + \cos\alpha = 2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

tg⁡α2=sin⁡α1+cos⁡α\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{\sin\alpha}{1 + \cos\alpha}

Drugi oblik dobijamo analogno, množenjem sa 2sin⁡α22\sin\frac{\alpha}{2}:

tg⁡α2=2sin⁡2α22sin⁡α2cos⁡α2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{2\sin^2\frac{\alpha}{2}}{2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2}}

Prepoznajemo 1−cos⁡α=2sin⁡2α21 - \cos\alpha = 2\sin^2\frac{\alpha}{2} u brojiocu i sin⁡α\sin\alpha u imeniocu:

tg⁡α2=1−cos⁡αsin⁡α\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos\alpha}{\sin\alpha}


Formula za ∣tg⁡α2∣\left|\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}\right|

Delimo formule za ∣sin⁡α2∣\left|\sin\frac{\alpha}{2}\right| i ∣cos⁡α2∣\left|\cos\frac{\alpha}{2}\right|:

∣tg⁡α2∣=∣sin⁡α2∣∣cos⁡α2∣=1−cos⁡α21+cos⁡α2=1−cos⁡α1+cos⁡α\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 ∣ctg⁡α2∣\left|\operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2}\right| je razlomak pod korenom naopako, jer ctg⁡α2=1tg⁡α2\operatorname{ctg}\frac{\alpha}{2} = \dfrac{1}{\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}}.


Univerzalna trigonometrijska smena

Neka je t=tg⁡α2t = \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}. Cilj je izraziti sin⁡α\sin\alpha i cos⁡α\cos\alpha samo preko tt.

Za sin⁡α\sin\alpha: polazimo od sin⁡α=2sin⁡α2cos⁡α2\sin\alpha = 2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2} i zapisujemo imenilac kao 11 koristeći osnovni identitet:

sin⁡α=2sin⁡α2cos⁡α2sin⁡2α2+cos⁡2α2\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 cos⁡2α2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

sin⁡α=2sin⁡α2cos⁡α21+sin⁡2α2cos⁡2α2=2tg⁡α21+tg⁡2α2=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 cos⁡α\cos\alpha: polazimo od cos⁡α=cos⁡2α2−sin⁡2α2\cos\alpha = \cos^2\frac{\alpha}{2} - \sin^2\frac{\alpha}{2} i zapisujemo imenilac kao 11:

cos⁡α=cos⁡2α2−sin⁡2α2cos⁡2α2+sin⁡2α2\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 cos⁡2α2\cos^2\frac{\alpha}{2}:

cos⁡α=1−tg⁡2α21+tg⁡2α2=1−t21+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 sin⁡α\sin\alpha i cos⁡α\cos\alpha isključivo preko tg⁡α2\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 tg⁡α=247\operatorname{tg}\alpha = \dfrac{24}{7} i α∈(π,3π2)\alpha \in \left(\pi, \dfrac{3\pi}{2}\right), izračunati sin⁡α2\sin\dfrac{\alpha}{2}, cos⁡α2\cos\dfrac{\alpha}{2} i tg⁡α2\operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}.

Korak 1. Određujemo cos⁡α\cos\alpha. Koristimo 1+tg⁡2α=1cos⁡2α1 + \operatorname{tg}^2\alpha = \dfrac{1}{\cos^2\alpha}:

cos⁡2α=49625  ⟹  cos⁡α=−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 sin⁡α2>0\sin\frac{\alpha}{2} > 0, cos⁡α2<0\cos\frac{\alpha}{2} < 0.

Korak 3. Primenjujemo formule:

sin⁡α2=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}

cos⁡α2=−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}

tg⁡α2=sin⁡α2cos⁡α2=45−35=−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 sin⁡α\sin\alpha i cos⁡α\cos\alpha i dat je tg⁡α2\operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}, sve zamenjujemo univerzalnom smenom.

Zadatak. Izračunati A=sin⁡x+2cos⁡xtg⁡x−ctg⁡xA = \dfrac{\sin x + 2\cos x}{\operatorname{tg} x - \operatorname{ctg} x}, ako je tg⁡x2=2\operatorname{tg}\dfrac{x}{2} = 2.

Smenom t=2t = 2:

sin⁡x=2⋅21+4=45cos⁡x=1−41+4=−35\sin x = \frac{2 \cdot 2}{1 + 4} = \frac{4}{5} \qquad \cos x = \frac{1 - 4}{1 + 4} = -\frac{3}{5}

tg⁡x=−43ctg⁡x=−34\operatorname{tg} x = -\frac{4}{3} \qquad \operatorname{ctg} x = -\frac{3}{4}

A=45−65−43+34=−25−712=25⋅127=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=25−4sin⁡α+3cos⁡αA = \dfrac{2}{5 - 4\sin\alpha + 3\cos\alpha} u funkciji od z=tg⁡α2z = \operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}.

Zamenjujemo sin⁡α=2z1+z2\sin\alpha = \dfrac{2z}{1+z^2} i cos⁡α=1−z21+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(1−z2)1+z2=2(1+z2)2z2−8z+8=2(1+z2)2(z−2)2=1+z2(z−2)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: sin⁡15∘ \sin 15^\circ

Uvodni

Ako je sin⁡α=−429 \sin \alpha = -\frac{4\sqrt{2}}{9} i α∈(π,3π2), \alpha \in \left(\pi, \frac{3\pi}{2}\right) , odrediti sin⁡α2. \sin \frac{\alpha}{2} .

Uvodni

Dokazati identitet: ctgα=1−tg2α22tgα2, \text{ctg} \alpha = \frac{1 - \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}}{2 \text{tg} \frac{\alpha}{2}} , za α≠πk, \alpha \neq \pi k , k∈Z. k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Dokazati identitet: cos⁡α=1−tg2α21+tg2α2, \cos \alpha = \frac{1 - \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}}{1 + \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}} , za α≠π(2k+1), \alpha \neq \pi(2k + 1) , k∈Z. 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: sin⁡α2, \sin \frac{\alpha}{2} , cos⁡α2 \cos \frac{\alpha}{2} i tgα2. \text{tg} \frac{\alpha}{2} .

Uvodni

Dokazati identitet: tgα2=1−cos⁡αsin⁡α, \text{tg} \frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos \alpha}{\sin \alpha} , za α≠πk,k∈Z. \alpha \neq \pi k, k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Dokazati identitet: tgα2=sin⁡α1+cos⁡α, \text{tg} \frac{\alpha}{2} = \frac{\sin \alpha}{1 + \cos \alpha} , za α≠π(2k+1),k∈Z. \alpha \neq \pi(2k + 1), k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

Dokazati identitet: sin⁡α=2tgα21+tg2α2, \sin \alpha = \frac{2 \text{tg} \frac{\alpha}{2}}{1 + \text{tg}^2 \frac{\alpha}{2}} , za α≠π(2k+1), \alpha \neq \pi(2k + 1) , k∈Z. k \in \mathbb{Z} .

Uvodni

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

Uvodni

Izračunati bez upotrebe računskih pomagala tg7∘30′. \text{tg} 7^\circ 30' .

Uvodni