Funkcje trygonometryczne

stosunki boków w trójkątach prostokątnych uogólniane na inne zmienne niż kąty ostre

Funkcje trygonometrycznefunkcje matematyczne wyrażające między innymi stosunki długości boków trójkąta prostokątnego zależnie od miary jego kątów wewnętrznych. Funkcje te wywodzą się z geometrii, ale są rozpatrywane także w oderwaniu od niej, dla argumentów rzeczywistych i zespolonych[1]. Uogólnienie funkcji dokonywane jest w analizie matematycznej, w której opisano je szeregami potęgowymi. Powstały też inne definicje, oparte np. na równaniach różniczkowych, równaniach funkcyjnych, iloczynach nieskończonych oraz ułamkach łańcuchowych.

sinusoida – wykres funkcji
kosinusoida – wykres funkcji
tangensoida – wykres funkcji
Leonhard Euler (1707–1783) – szwajcarski matematyk, który udowodnił pewne własności funkcji trygonometrycznych, m.in. ich związek z funkcją wykładniczą[1] nazywany wzorem Eulera.

Do funkcji trygonometrycznych zalicza się przede wszystkim sinus, kosinus[a] i tangens, a także kotangens, sekans, kosekans[a][1] i kilka innych, wspominanych rzadziej. Funkcje trygonometryczne to główny przedmiot badań trygonometrii; jej dział poświęcony tym funkcjom nazywano goniometrią[2], przy czym termin ten ma też inne znaczenia. Badania te rozpoczęto w starożytności, a konkretniej starożytnej Grecji, po czym rozwijali ją uczeni indyjscy, islamscy[1] i ze średniowiecznej Europy[3]. W czasach nowożytnych podano dla tych funkcji:

Na przestrzeni stuleci podano też dziesiątki tożsamości trygonometrycznych, które m.in. wiążą te funkcje ze sobą. Funkcje trygonometryczne zalicza się do elementarnych i stosuje w różnych działach matematyki jak geometria, analiza i teoria liczb. Korzystają z nich nauki ścisłe – zarówno przyrodnicze, społeczne, jak i techniczne. Jednym z powodów jest to, że funkcjami sinus i kosinus można modelować zjawiska okresowe jak drgania mechaniczne[1].

Definicje edytuj

Istnieje kilka definicji funkcji trygonometrycznych, bazujących zarówno na pojęciach geometrycznych, jak i analitycznych.

Przez trójkąt prostokątny edytuj

 
Oznaczenia boków i kątów trójkąta prostokątnego użyte w definicji

Funkcje trygonometryczne danego kąta ostrego w trójkącie prostokątnym definiuje się jako stosunek długości odpowiednich dwóch boków tego trójkąta:

funkcja polskie

oznaczenie[b]

definicje[4]
przez boki – stosunek długości przez inne funnkcje
sinus   przyprostokątnej   leżącej naprzeciw kąta   i przeciwprostokątnej  [5]
kosinus[a]   przyprostokątnej   przyległej do kąta   i przeciwprostokątnej  [6]
tangens   przyprostokątnej   leżącej naprzeciw kąta   i przyprostokątnej   przyległej do tego kąta[7]
kotangens[a]   przyprostokątnej   przyległej do kąta   i przyprostokątnej   leżącej naprzeciw tego kąta[8]  
sekans[a]   przeciwprostokątnej   i przyprostokątnej   przyległej do kąta  [9] odwrotność kosinusa  [c]
kosekans[a]   przeciwprostokątnej   i przyprostokątnej   leżącej naprzeciw kąta  [10] odwrotność sinusa  [d]

Powyższe definicje można zebrać w postaci tabelki[11]:

     
       
       
       

Do tej listy włączano też kilka innych funkcji; haversin upraszcza obliczanie odległości punktów na powierzchni Ziemi[12][13][14]:

funkcja symbol i definicja
sinus versus[15][16]  
haversin

(ang. half of the versine)[17]

 
cosinus versus[18]  
exsecans[19]  


Przez okrąg jednostkowy i etymologia nazw edytuj

 
Definicja na okręgu jednostkowym

Jeżeli wokół wierzchołka kąta poprowadzony zostanie okrąg o promieniu 1, czyli tzw. okrąg jednostkowy, to funkcje trygonometryczne miary kąta ostrego   wyrażać się będą przez długości odpowiednich odcinków[20]:

 
 
 
 
 
 

Alternatywnie, jako argument funkcji trygonometrycznych zamiast długości łuku   można przyjąć pole wycinka   – ich wartości dla promienia 1 są równe. Definicja na okręgu jednostkowym ma swój odpowiednik dla funkcji hiperbolicznych, gdzie argument funkcji definiowany jest jako pole wycinka hiperboli, analogicznego do  [21].

Definicja ta była historycznie pierwsza. Wynikają z niej nazwy funkcji trygonometrycznych. Pierwotnie tymi nazwami określano właśnie długości odpowiednich odcinków, niekoniecznie na okręgu jednostkowym.

  • Sinus, czyli połowa długości cięciwy   był w pracach hinduskiego matematyka Aryabhaty w sanskrycie nazywany ardha-jiva („połowa cięciwy”), co zostało skrócone do jiva, a następnie transliterowane do arabskiego jiba (جب). Europejscy tłumacze, Robert z Chester i Gerardo z Cremony w XII-wiecznym Toledo pomylili jiba z jaib (جب), oznaczającym „zatokę” prawdopodobnie dlatego, że jiba (جب) i jaib (جب) są tak samo pisane po arabsku (informacja o samogłoskach jest gubiona w piśmie). Sinus znaczy po łacinie właśnie zatoka[22].
  • Tangens pochodzi od łacińskiego tangeredotykający, styczny, gdyż odcinek   jest styczny do okręgu.
  • Secans pochodzi z łacińskiego secaredzielić, rozcinać, rozstrzygać i znaczy odcięcie. Pierwotnie nazwa odnosiła się do odcinka   odcinanego przez styczną (tangens).
  • Cosinus, cotangens i cosecans powstały przez złożenie łacińskiego co- (wspólnik, towarzysz) i słów sinus, tangens i secans. Pierwotnie cosinus był nazywany complementi sinus, czyli sinus kąta dopełniającego. Rzeczywiście jest on równy sinusowi miary kąta dopełniającego   Podobnie cotangens i cosecans są równe tangensowi i secansowi tego kąta. Przedrostek „ko-” był jednak używany w stosunku do cosinusa już w sanskrycie u Aryabhaty (koti-jya, kojya); trudno określić, w jakim stopniu nazwa łacińska do tego nawiązuje[23].

Przez szereg Taylora edytuj

 
Funkcja sinus i jej aproksymacje wielomianami stopnia 1, 3, 5, 7, 9, 11 i 13 utworzonymi z początkowych wyrazów szeregu Taylora

Definicje za pomocą szeregów Taylora określają wartości funkcji trygonometrycznych dla dowolnych liczb rzeczywistych, dla których da się je zdefiniować, pozwalają też na uogólnienie tych funkcji na zbiór liczb zespolonych, kwaternionów, macierzy, a nawet na algebry operatorów, przestrzenie unormowane czy pierścienie nilpotentne[24]. Definicje te są stosowane do numerycznego obliczania wartości funkcji trygonometrycznych.

Zachodzą równości[25][26][27]:

 

gdzie   to liczby Bernoulliego,

 

gdzie   to liczby Eulera,

 

Każdą z funkcji trygonometrycznych, na dowolnym przedziale zawierającym się w jej dziedzinie, można z dowolną dokładnością jednostajnie przybliżać wielomianami. W otoczeniu zera mogą do tego służyć początkowe wyrazy szeregu Taylora. Nie jest jednak możliwe jednostajne przybliżenie wielomianami funkcji trygonometrycznych w całej ich dziedzinie, jeśli dziedzina przybliżanej funkcji nie jest zbiorem liczb rzeczywistych  

Przez równania funkcyjne edytuj

Twierdzenie: Istnieje dokładnie jedna para funkcji rzeczywistych   taka, że dla każdego  

 

Tymi funkcjami są[28]:

 

Funkcje trygonometryczne sinus i cosinus można zdefiniować[29] również jako jedyne funkcje   oraz   spełniające poniższe trzy warunki:

 

Przez równania różniczkowe edytuj

Sinus i cosinus są rozwiązaniami szczególnymi równania różniczkowego

 

które opisuje m.in. ruch masy podwieszonej na sprężynie (tzw. oscylator harmoniczny, patrz Harmoniki).

Sinus jest jedynym rozwiązaniem tego równania spełniającym warunki[30]:

 

Cosinus natomiast jest jedynym rozwiązaniem, dla którego[30]

 

Przez iloczyny nieskończone edytuj

Funkcje trygonometryczne można też wprowadzić za pomocą iloczynów nieskończonych[31]:

 
 

Przez ułamki łańcuchowe edytuj

Niektóre funkcje trygonometryczne można wyrazić w postaci ułamków łańcuchowych[32][33][34]:

 
 
 

Przez ogólniejsze funkcje edytuj

Funkcje trygonometryczne można też zdefiniować analitycznie jako szczególne przypadki funkcji Bessela, funkcji Mathieu albo funkcji eliptycznych Jacobiego[35].

Własności w dziedzinie rzeczywistej edytuj

Przebieg zmienności funkcji edytuj

W matematyce na poziomie szkół średnich i w wielu praktycznych zastosowaniach rozpatruje się funkcje trygonometryczne dla argumentu będącego liczbą rzeczywistą. Mają one wówczas następujące własności:

Dziedzina i asymptoty
  • Funkcje sinus i cosinus określone są dla każdej liczby rzeczywistej.
  • Tangens jest określony w zbiorze powstałym ze zbioru wszystkich liczb rzeczywistych przez usunięcie liczb mających postać   gdzie   jest liczbą całkowitą.
  • Cotangens jest określony w zbiorze wszystkich liczb rzeczywistych poza liczbami postaci   gdzie   jest liczbą całkowitą.
  • Tangens i secans mają asymptoty pionowe w punktach postaci   a cotangens i cosecans w punktach postaci   Żadna z tych funkcji nie ma asymptot innego rodzaju.
Przeciwdziedzina
  • Sinus i cosinus są ograniczone: przyjmują wartości z przedziału   Tangens i cotangens przyjmują dowolne wartości rzeczywiste, a secans i cosecans wartości ze zbioru[36]  
Ekstrema
  • Maksymalną wartość, dla obu funkcji   sinus przyjmuje w punktach   a cosinus w punktach   gdzie   jest liczbą całkowitą.
  • Minimalną wartość, dla obu funkcji   sinus przyjmuje w punktach   a cosinus w punktach   gdzie   jest liczbą całkowitą.
Miejsca zerowe
  • Miejscami zerowymi sinusa i tangensa są punkty postaci   gdzie   jest liczbą całkowitą.
  • Miejscami zerowymi cosinusa i cotangensa są punkty postaci   gdzie   jest liczbą całkowitą.
Parzystość i nieparzystość
  • Funkcje sinus, tangens, cotangens, cosecans są nieparzyste, a funkcje cosinus i secans parzyste:
     
Okresowość
  • Funkcje trygonometryczne są funkcjami okresowymi. Okresem podstawowym sinusa, cosinusa, secansa i cosecansa jest liczba   a tangensa i cotangensa  [37][38]:
     
gdzie   jest liczbą całkowitą.
Ciągłość i różniczkowalność
  • Funkcje sinus i cosinus są ciągłe i różniczkowalne w każdym punkcie prostej rzeczywistej. Tangens, cotangens, secans i cosecans także są ciągłe i różniczkowalne w swoich dziedzinach (zob. wyżej).
Odwracalność
Własności algebraiczne

Wykresy edytuj

Cosinusoida jest sinusoidą przesuniętą o wektor   Szare linie pionowe na dolnych wykresach to asymptoty. Wykresy można powiększyć przez kliknięcie myszką.


Wartości dla typowych kątów edytuj

Wartości funkcji trygonometrycznych dla kątów 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°, 180°[40]:

radiany                
stopnie                
                 
                 
              nieokreślony  
  nieokreślony             nieokreślony
              nieokreślony  
  nieokreślony             nieokreślony

Wartości wszystkich funkcji trygonometrycznych dla argumentów postaci   dają się zapisać za pomocą skończonego wzoru z użyciem podstawowych działań arytmetycznych i pierwiastka kwadratowego wtedy i tylko wtedy, gdy po skróceniu ułamka   liczba   jest iloczynem potęgi dwójki i różnych liczb pierwszych Fermata (jak dotąd znanych jest pięć takich liczb: 3, 5, 17, 257, 65537)[41][42]. W szczególności nie da się zapisać w ten sposób dokładnej wartości funkcji kąta 1°, gdyż   a   ma drugą potęgę przy trójce. Warunek na   jest identyczny jak warunek konstruowalności  -kąta foremnego za pomocą cyrkla i linijki (por. twierdzenie Gaussa-Wantzela).

Wzory redukcyjne edytuj

Wzory redukcyjne pozwalają sprowadzić dowolny rzeczywisty argument funkcji trygonometrycznej do argumentu z przedziału   czyli  [43]:

I ćwiartka II ćwiartka III ćwiartka IV ćwiartka
               
             
               
               
               
               
               
               

Aby zapamiętać zmianę funkcji, można wspomagać się następującą obserwacją: funkcja przechodzi w swoją kofunkcję, jeżeli rozpatrywany kąt ma postać   bądź   w przypadkach   oraz   funkcja nie ulega zmianie. Znaki w poszczególnych ćwiartkach układu dla odpowiednich funkcji w powyższej tabelce zgodne są ze znakami redukowanych funkcji w danej ćwiartce według tabeli[36]:

 
Ćwiartki układu współrzędnych
I ćwiartka II ćwiartka III ćwiartka IV ćwiartka
  + +
  + +
  + +
  + +
  + +
  + +

Metodą mnemotechniczną zapamiętania znaków dla stosowanych najczęściej w redukcji pierwszych czterech spośród powyższych funkcji jest popularny wierszyk nieznanego autora:

W pierwszej ćwiartce są dodatnie,
w drugiej tylko sinus,
w trzeciej tangens i cotangens,
a w czwartej cosinus.

W innych wersjach pierwszy wers brzmi:

W pierwszej ćwiartce same plusy lub W pierwszej wszystkie są dodatnie.

Podstawowe tożsamości trygonometryczne edytuj

Związki między funkcjami trygonometrycznymi spełnione dla dowolnego argumentu ich dziedziny to tzw. tożsamości trygonometryczne. Są one prawdziwe zarówno w dziedzinie rzeczywistej, jak i zespolonej. Często używane są:

 
  • definicja tangensa i cotangensa za pomocą sinusa i cosinusa (pozwala wyprowadzić tożsamości dla tangensa i cotangensa z tożsamości dla sinusa i cosinusa)[44]:
 
 
Geometryczny dowód wzoru  
  • wzory na sinus i cosinus sumy i różnicy kątów[44]:
 
 
  • wzory na sumę i różnicę sinusów i cosinusów[44]:
 
 
 
  • wzory na sinus i cosinus podwojonego argumentu[45]:
 
 
  • wzory na sinus i cosinus połowy argumentu[46]:
 
 
  • iloczyn w postaci sumy[46]:
 
 
 
  • wzory na wyrażanie jednych funkcji trygonometrycznych przez inne[44][47]:
 
 
 
 
 
 
 

(Zastrzeżenie formalne: Równości powyżej są prawdziwe tylko dla argumentów, dla których wszystkie użyte funkcje są określone, a w mianownikach nie występują zera)

Pochodne funkcji trygonometrycznych edytuj

Zachodzą równości[48]:

 
 
 
 
 
 

Można z nich otrzymać pochodne wyższych rzędów:

 
 

Wzory na  -te pochodne pozostałych funkcji trygonometrycznych również istnieją, jednak są o wiele bardziej skomplikowane[49][50][51][52].

Całki funkcji trygonometrycznych edytuj

Podstawowe całki to[53]:

 
 
 
 
 
 

gdzie  


Każda całka funkcji wymiernej postaci   jest elementarna, można ją obliczyć przez podstawienie[54]:

 

wówczas:

 
 
 
 
 
 
 

Własności w dziedzinie zespolonej edytuj

Używając definicji analitycznych funkcji trygonometrycznych można te funkcje uogólnić m.in. na liczby zespolone.

Porównanie z funkcjami zmiennej rzeczywistej edytuj

Uogólnione w ten sposób funkcje trygonometryczne zachowują większość własności zmiennej rzeczywistej:

  • okresowość (w tym okres podstawowy),
  • tożsamości trygonometryczne,
  • miejsca zerowe,
  • punkty nieokreśloności:
    • sinus i cosinus są określone w całym zbiorze liczb zespolonych,
    • tangens jest określony w zbiorze liczb zespolonych, których usunięto liczby postaci   a cotangens – punktów postaci   gdzie   jest całkowita.

Zasadniczą różnicą jest brak ograniczoności funkcji sinus i cosinus. Przykładowo cosinus niezerowego argumentu urojonego jest zawsze liczbą rzeczywistą większą od   w szczególności:

 

Funkcje trygonometryczne zmiennej zespolonej są (nieskończenie) wielokrotne na całej płaszczyźnie zespolonej.

Części rzeczywiste, urojone, moduły i argumenty edytuj

Funkcja Część rzeczywista Część urojona Moduł
       
       
       
       

Argument   oblicza się według wzorów:

 
 

gdzie   to wartość odpowiedniej funkcji trygonometrycznej.

Wzór Eulera edytuj

Osobny artykuł: Wzór Eulera.

W dziedzinie zespolonej zachodzi związek, zwany wzorem Eulera:

 

Wynika z niego, iż:

 
 
 
 
 
 

gdzie:

Wzory te pozwalają na niemal mechaniczne upraszczanie wyrażeń trygonometrycznych.

Wykresy edytuj

Liczby zespolone na płaszczyźnie zespolonej zostały oznaczone kolorami, zgodnie z umownym schematem. Odcienie barw określają argument, a jasność – moduł wyniku

Zastosowania matematyczne edytuj

Ze względu na obecność funkcji trygonometrycznych w najróżniejszych działach nauki i techniki nie jest możliwe podanie wszystkich ich zastosowań[55]. Poniżej wymieniono więc tylko niektóre.

Geometria edytuj

Bezpośrednim zastosowaniem funkcji trygonometrycznych w geometrii elementarnej jest wyznaczanie długości boków lub kątów trójkąta. Poniżej podano kilka innych zastosowań.

Twierdzenia sinusów, cosinusów i tangensów edytuj

 
Oznaczenia
 
Geometryczny dowód twierdzenia cosinusów dla kątów ostrych. Obydwie figury mają równe pola powierzchni.

W każdym trójkącie (przy oznaczeniach standardowych, zob. rysunek) zachodzą następujące równości:

Twierdzenie sinusów, inaczej twierdzenie Snelliusa[56]:

 

(  jest promieniem okręgu opisanego)

Twierdzenie cosinusów, inaczej twierdzenie Carnota[57]:

 

Twierdzenie tangensów, inaczej twierdzenie Regiomontana[57]:

 

W geometrii sferycznej istnieje także twierdzenie haversinów, związane z nieużywaną dziś funkcją trygonometryczną   pozwalające na obliczanie odległości pomiędzy dwoma punktami na sferze[12].

Wzory na pole trójkąta edytuj

Wzory na pole trójkąta często wykorzystują funkcje trygonometryczne[55]:

 

lub

 

lub

 

gdzie:

  •   to boki trójkąta,
  •   to miary kątów o wierzchołkach leżących naprzeciw boków odpowiednio   i  
  •   to promień koła opisanego.

Iloczyny wektorów edytuj

Osobne artykuły: Iloczyn skalarnyIloczyn wektorowy.

W geometrii i algebrze liniowej definiowane są iloczyny wektorów, m.in. iloczyny skalarny i wektorowy. Czasem konieczne jest obliczenie wartości iloczynu skalarnego lub wektorowego dla wektorów o znanych kierunkach, zwrotach i długościach. Wzory wykorzystują funkcje trygonometryczne kąta   między wektorami:

  • iloczyn skalarny[58],
     
  • iloczyn wektorowy[58],
     
gdzie   jest ustalonym wektorem jednostkowym prostopadłym tak do   jak i do  

Współrzędne biegunowe, sferyczne i walcowe edytuj

Najczęściej w geometrii stosowany jest układ współrzędnych kartezjańskich. Niekiedy jednak wygodnie jest stosować inne układy, w których niektóre współrzędne są wyznaczone za pomocą kątów. Do takich układów należy układ współrzędnych biegunowych, układ współrzędnych sferycznych (jego zastosowaniem są np. współrzędne geograficzne) i układ współrzędnych walcowych. Wówczas przydatne są funkcje trygonometryczne, m.in. do przeliczania takich współrzędnych na współrzędne kartezjańskie.

Geometria sferyczna edytuj

Osobny artykuł: Geometria sferyczna.

Funkcje trygonometryczne są ważnymi narzędziami geometrii sferycznej i jej zastosowań w astronomii, nawigacji i geodezji, gdzie służą m.in. do rozwiązywania trójkątów sferycznych.

Zobacz też: reguła Nepera.

Analiza matematyczna edytuj

Szereg Fouriera edytuj

 
Przedstawienie fali prostokątnej w postaci szeregu harmonicznych

Funkcje   tworzą dla dowolnego   układ ortonormalny. Dzięki temu funkcje okresowe   spełniające warunki Dirichleta mogą być wyrażone w postaci szeregu Fouriera:

 

Można go również wyrazić za pomocą np. samych funkcji sinus. Poszczególne składowe tego szeregu nazywane są harmonicznymi. Szereg Fouriera odgrywa wielką rolę w fizyce, teorii drgań, a nawet teorii muzyki (zob. szereg harmoniczny (muzyka), alikwoty).

Funkcja Weierstrassa edytuj

 
Funkcja Weierstrassa

Za pomocą szeregu trygonometrycznego definiowana jest funkcja Weierstrassa, która jest ciągła, jednak nie jest w żadnym punkcie różniczkowalna[59]:

 

gdzie   jest pewną liczbą z przedziału   natomiast   jest liczbą nieparzystą, spełniającą warunek  

Funkcja Dirichleta edytuj

Za pomocą funkcji cosinus definiowana jest tzw. funkcja Dirichleta, która przyjmuje wartość 1 dla argumentów wymiernych i 0 dla niewymiernych[60]:

 

Teoria liczb edytuj

Funkcja Möbiusa   może być wyrażona trygonometrycznie[61]:

 

Zastosowania poza matematyką edytuj

Funkcje trygonometryczne znalazły zastosowania w różnych naukach ścisłych, w tym na pograniczu tych nauk z humanistyką i sztuką.

Nauki przyrodnicze edytuj

 
Krzywe Lissajous powstają przez złożenie sinusoidalnych drgań o różnej częstotliwości w pionie i w poziomie

Nauki społeczne edytuj

Nauki techniczne edytuj

Historia edytuj

Zobacz więcej w artykule Trygonometria, w sekcji Historia.

Polskie nazwy edytuj

Poloniści dopuszczają zarówno formy „cosinus, cotangens, cosecans, secans”, jak i „kosinus, kotangens, kosekans, sekans”. Słowniki języka polskiego skłaniają się ku tym drugim jako bardziej naturalnym dla języka polskiego[63], jednak słowniki i encyklopedie matematyczne raczej nie używają form spolszczonych, podobnie w naukowej literaturze matematycznej są one rzadko spotykane.

Już pod koniec XVIII wieku Jan Śniadecki próbował wprowadzić całkowicie polskie odpowiedniki nazw i skrótów funkcji trygonometrycznych[64][65] (w nawiasie proponowany skrót):

  • sinus – wstawa (wst),
  • cosinus – dostawa (dost),
  • tangens – styczna (sty),
  • cotangens – dostyczna (dosty),
  • secans – sieczna (sie),
  • cosecans – dosieczna (dosie).

Propagowali je potem m.in.:

  • Andrzej Radwański w dziele „Słownik wyrazów grecko-łacińskich w poznawaniu Rody używanych… bezpłatnie dodany do dzieła Treść nauki przyrodzenia” wydanym w 1850 roku[66]. Zwalczał tam wszelkie nazwy pochodzące z greki i łaciny;
  • prof. Maksymilian Thullie (1853–1939), rektor Szkoły Politechnicznej we Lwowie. W latach 1918–1924 próbował forsować polskie nazwy w swoich pracach, np. w podręczniku Statyka budowli (wyd. IV, Lwów 1921), jednak nie przyjęły się[67].

Oznaczenia edytuj

W różnych językach stosuje się różne skróty funkcji trygonometrycznych. Oznaczenia kosinusa są jednakowe we wszystkich podanych, a sekansa i kosekansa – jednakowe prawie wszędzie, poza językiem francuskim, gdzie nad tymi skrótami zdarza się akcent: séc, coséc[68][69]. Różnice w skrótach pozostałych trzech funkcji przedstawia poniższa tabela:

język sinus tangens cotangens
angielski[70][71] sin tan, tg[72] cot, ctg[72], ctn[73]
chiński[74] sin tan, tg[75] cot, ctg[75]
fiński[76] sin tan cot
francuski[69] sin[68] tan[77], tang[68], tg[78] cotan[77], cotg[78], cot[68], ctg
hiszpański[79][80] sen tan, tg[81], tag[82] cot, cotg[82], ctg[81]
niderlandzki[83] sin tan cot
indonezyjski[84] sin tan cot
japoński[85] sin tan cot
koreański[86] sin tan cot
litewski[87] sin tg ctg
niemiecki[88] sin tan, tg[89] cot, ctg[89]
portugalski[90] sen[91], sin tan, tg[91][92] cot, ctg[92]
rosyjski[93] sin tg ctg
turecki[94] sin tan cot
ukraiński[95] sin tg ctg
węgierski[96] sin tg ctg
włoski[97] sen[98], sin tan, tg[98] cot, ctg[98]

Związki z innymi funkcjami edytuj

Funkcjami trygonometrycznymi definiuje się inne pojęcia matematyczne, np.:

Do funkcji trygonometrycznych nawiązuje też nazewnictwo niektórych innych funkcji:

Funkcje odwrotne do trygonometrycznych edytuj

Osobny artykuł: Funkcje cyklometryczne.

Funkcje odwrotne do trygonometrycznych nazywane są też funkcjami kołowymi lub cyklometrycznymi. Ze względu na okresowość funkcji trygonometrycznych funkcje te są do nich odwrotne jedynie w przedziale obejmującym jeden okres[105].

Nazwa Zapis Odwrotna do Dziedzina Przeciwdziedzina
arcus sinus        
arcus cosinus        
arcus tangens        
arcus cotangens        
arcus secans        
arcus cosecans        

Harmoniki edytuj

 
Sinusoidalny ruch prostego oscylatora
Osobny artykuł: Harmonika (matematyka).

Funkcje postaci

 

gdzie:

są nazywane harmonikami[106]. Funkcje sinus i cosinus są ich szczególnymi przypadkami. Harmoniki mają duże znaczenie w praktyce, przy analizie funkcji okresowych. Kombinacja liniowa kilku harmonik o tej samej częstotliwości jest ciągle harmoniką o tej częstotliwości.

Harmoniki stosowane są w fizyce przy badaniu wszelkich zjawisk okresowych, np. drgań. Wiele z tych zjawisk, np. masa na sprężynie, wahadło przy niewielkim wychyleniu albo elektryczny obwód rezonansowy, w wyidealizowanym przypadku (przy braku strat energii), opisuje równanie różniczkowe:

 

którego rozwiązaniami są harmoniki.

Funkcje hiperboliczne edytuj

Osobny artykuł: Funkcje hiperboliczne.
 
Sinus, cosinus i tangens hiperboliczny

Jak podano w sekcji Definicja za pomocą równań funkcyjnych, funkcje sinus i cosinus można zdefiniować w następujący sposób[29]:

 

Jeśli warunek W2 zmienić na:

 

wówczas warunki W1, W2', W3 będą spełnione przez inne funkcje, które przez analogię nazywane są sinusem hiperbolicznym (sinh) i cosinusem hiperbolicznym (cosh)[107].

Analogicznie jak dla funkcji trygonometrycznych definiuje się też tangens, cotangens, secans i cosecans hiperboliczny jako odpowiednie ilorazy z udziałem sinusa i cosinusa hiperbolicznego. Istnieje także całkowy sinus hiperboliczny i całkowy cosinus hiperboliczny.

 
Pole zakreskowanego obszaru odpowiada połowie argumentu funkcji hiperbolicznych
 
Pole zakreskowanego obszaru odpowiada połowie argumentu funkcji trygonometrycznych

Także definicja na okręgu jednostkowym dla funkcji trygonometrycznych ma swój odpowiednik hiperboliczny. Zamiast okręgu jednostkowego

 

należy wziąć hiperbolę o równaniu

 

Na okręgu jednostkowym argument funkcji trygonometrycznych odpowiadał mierze kąta, jednak jest ona równa polu wycinka kołowego, symetrycznego względem osi OX. Podobnie w przypadku funkcji hiperbolicznych argumentowi odpowiada pole odpowiedniego wycinka. Biorąc długości odcinków, które na okręgu odpowiadały funkcjom sinus, cosinus i tangens, uzyskuje się na hiperboli sinus, cosinus i tangens hiperboliczny[21].

Istnieją też inne analogie. Dla funkcji trygonometrycznych zachodzą równości, podane w sekcji Wzór Eulera.

Analogiczne wzory występują dla funkcji hiperbolicznych[108]:

 

Istnieją też analogie niektórych tożsamości trygonometrycznych[108]:

 
 
 

Podobieństwa te wynikają z głębokiej symetrii pomiędzy funkcjami trygonometrycznymi a hiperbolicznymi, przejawiającej się także po ich uogólnieniu na argumenty zespolone[108].

Zobacz też edytuj

Uwagi edytuj

  1. a b c d e f używa się też innej pisowni, przez c, co opisano dalej.
  2. w innych językach stosuje się inne skróty, opisane w dalszej sekcji.
  3. nie mylić z funkcją odwrotną  
  4. nie mylić z funkcją odwrotną  

Przypisy edytuj

  1. a b c d e f Funkcje trygonometryczne, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  2. goniometria, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  3. Regiomontanus, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  4. Wybrane wzory matematyczne, Warszawa: Centralna Komisja Egzaminacyjna, 2015, s. 14, ISBN 978-83-940902-1-0.
  5. sinus, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  6. cosinus, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  7. tangens, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  8. cotangens, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  9. secans, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  10. cosecans, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  11. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, (w bibliografii), s. 230.
  12. a b D. Zwillinger: (red.) Spherical Geometry and Trigonometry. Boca Raton, FL: CRC Press, 1995, s. 468-471, § 6.4, seria: CRC Standard Mathematical Tables and Formulae.
  13. Roger W. Sinnott. Virtues of the Haversine. „Sky and Telescope”. 68 (2), s. 159, 1984. [zarchiwizowane z adresu 2013-12-11]. (ang.). 
  14. Chris Veness: Calculate distance and bearing between two Latitude/Longitude points using Haversine formula in JavaScript. www.movable-type.co.uk. [dostęp 2013-10-13]. (ang.).
  15. Eric W. Weisstein, Versine, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2009-01-10] (ang.).
  16. sinus versus, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  17. Eric W. Weisstein, Haversine, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2009-01-10] (ang.).
  18. Eric W. Weisstein, Coversine, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2009-01-10] (ang.).
  19. Eric W. Weisstein, Exsecant, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2009-01-10] (ang.).
  20. Reinhardt i Soeder 2006 ↓, (w bibliografii), s. 182–183.
  21. a b Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 253.
  22. Owen Gingerich, Astronomia islamu, „Urania”, LX (8), sierpień 1989, s. 233, ISSN 0042-0794.
  23. David Bressoud, Joy Laine: Parallel Developments in Philosophy and Mathematics in India. s. 13. [dostęp 2024-02-11]. (ang.).
  24. W przypadku pierścieni nilpotentnych szereg Taylora ma tylko skończoną liczbę wyrazów różną od 0.
  25. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 417–418.
  26. Reinhardt i Soeder 2006 ↓, s. 294.
  27. Mathworld – Secans – series representation. [dostęp 2009-01-10].
  28. Paweł Głowacki: Analiza B. Wykład 3. Funkcje elementarne. [dostęp 2008-03-19]. twierdzenie 20.
  29. a b Reinhardt i Soeder 2006 ↓, s. 295.
  30. a b Wolfram Mathworld – The best-known properties and formulas for trigonometric functions. [dostęp 2009-03-19].
  31. Stanisław Saks, Antoni Zygmund: Funkcje analityczne. Warszawa-Lwów-Wilno: 1938, s. 299, seria: Monografie Matematyczne tom 10.
  32. Eric W. Weisstein, Sine, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2009-01-02] (ang.).
  33. Eric W. Weisstein, Tangent, [w:] MathWorld [online], Wolfram Research [dostęp 2009-01-02] (ang.).
  34. Cotangent: continued fraction representation. Mathworld. [dostęp 2009-01-02]. (ang.).
  35. Wolfram Mathworld – Connections within the group of trigonometric functions and with other function groups. [dostęp 2009-03-19].
  36. a b Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 231.
  37. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 625.
  38. a b Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 114–116.
  39. Jörg Jahnel: When is the (co)sine of a rational angle equal to a rational number?. s. 3. [dostęp 2015-12-28]. [zarchiwizowane z tego adresu (2006-10-02)]. (ang.).
  40. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 233.
  41. Wolfram Mathworld – Sine: Specific values. [dostęp 2009-03-19].
  42. Wolfram Mathworld – Tangent: Specific values. [dostęp 2009-03-19].
  43. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 232.
  44. a b c d e Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 234.
  45. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 235.
  46. a b Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 236.
  47. Słownik encyklopedyczny – matematyka, s. 93–94.
  48. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 397.
  49. Tangent differentiation. [dostęp 2009-01-24].
  50. Cotangent differentiation. [dostęp 2009-01-24].
  51. Secant differentiation. [dostęp 2009-01-24].
  52. Cosecant differentiation. [dostęp 2009-01-24].
  53. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 426.
  54. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 438.
  55. a b Wolfram Mathworld – Introduction to the trigonometric functions. [dostęp 2009-03-19].
  56. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 239.
  57. a b Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 240.
  58. a b Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 650.
  59. Paul Du Bois-Reymond. Versuch einer Classification der willk¨urlichen Functionen reeller Argumente nach ihren Aenderungen in den kleinsten Intervallen. „J. Reine Angew. Math”. 79, s. 21–37, 1875. 
  60. Wolfram Mathworld – The Dirichlet function. [dostęp 2009-03-19].
  61. Mathworld – MoebiusMu[n – Series representations]. [dostęp 2009-01-10].
  62. Mathworld – Logistic equation solution. [dostęp 2009-01-10]. (ang.).
  63. Hasło cosinus w słowniku języka polskiego PWN. [dostęp 2008-04-12]. [zarchiwizowane z tego adresu (3 czerwca 2008)].
  64. Jan Śniadecki: Trygonometrya kulista analitycznie wyłożona. Wyd. 2. 1820.
  65. Maksymilian Tytus Huber: Pisma. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1957.
  66. Mateusz Pasternak: Anegdoty matematyczne. [dostęp 2008-04-12].
  67. Roman Ciesielski, Katarzyna Tyńska: Nasza Politechnika: Izydor Stella-Sawicki. [dostęp 2008-04-12].
  68. a b c d Jean Baptiste, Joseph Delambre: Histoire de l’astronomie du moyen âge. V. Courcier, 1819, s. 462. [dostęp 2009-03-22]. (fr.).
  69. a b Pascal Dupont: Exercices de mathématiques: Volume 1, Algèbre et géométrie. Wyd. 2. De Boeck Université, 2005, s. 98. ISBN 2-8041-4312-0, ISBN 978-2-8041-4312-1. [dostęp 2009-03-22].
  70. Max Fogiel: Handbook of mathematical, scientific, and engineering formulas, tables, functions, graphs, transforms. Research and Education Association, 1994, s. 213. ISBN 0-87891-521-4, ISBN 978-0-87891-521-7. [dostęp 2009-03-22]. (ang.).
  71. Anthony Nicolaides: Pure Mathematics. Wyd. 3. Pass Publications, 2007, s. 42. ISBN 1-872684-87-4, ISBN 978-1-872684-87-1. [dostęp 2009-03-22]. (ang.).
  72. a b Journal of engineering for industry. American Society of Mechanical Engineers, 1969. [dostęp 2009-03-22]. (ang.).
  73. Felix Klein: Elementary Mathematics from an Advanced Standpoint: Arithmetic, Algebra, Analysis. Cosimo, Inc., 2007, s. 180. ISBN 1-60206-647-7, ISBN 978-1-60206-647-2. [dostęp 2009-03-22]. (ang.).
  74. Zhi-shu He Tian: 數學定理、公式暨習題詳解. 五南圖書出版股份有限公司, 2007, s. 133. ISBN 957-11-4564-5, ISBN 978-957-11-4564-8. [dostęp 2009-03-22]. (chiń.).
  75. a b Ke xue shi ji kan. Ke xue chu ban she. [dostęp 2009-03-23]. (chiń.).
  76. Weikko Aleksanteri Heiskanen, Seppo Härmälä: Maastomittaus ja kartoitus. W. Söderström, 1972. [dostęp 2009-03-23]. (fiń.).
  77. a b Gilles Desbiens: Trigonométrie du triangle rectangle. [dostęp 2009-03-22]. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-02-20)]. (fr.).
  78. a b André Caillemer, Catherine Le Cocq: Astronomie de position, géodésie. Wyd. 2. Editions TECHNIP, 1998, s. 187. ISBN 2-7108-0439-5, ISBN 978-2-7108-0439-0. [dostęp 2009-03-22]. (fr.).
  79. Arenas Solá: Matemáticas: fichas de la asignatura. Edicions Universitat Barcelona, s. 24. ISBN 84-475-3206-2, ISBN 978-84-475-3206-3. [dostęp 2009-03-22]. (hiszp.).
  80. James Stewart, Lothar Redlin, Saleem Watson, Héctor Vidaurri, Alejandro Alfaro, María Bruna, Josefina Anzures, Francisco Sánchez Fragoso: Precálculo: Matemáticas para el cálculo. Wyd. 5. Cengage Learning Editores, 2007, s. 411. ISBN 970-686-638-8, ISBN 978-970-686-638-7. [dostęp 2009-03-22]. (hiszp.).
  81. a b Lira Contreras, Ana Rosa: Geometria y Trigonometria. Ediciones Umbral, s. 117. ISBN 970-9758-34-9, ISBN 978-970-9758-34-4. [dostęp 2009-03-22]. (hiszp.).
  82. a b Salvador Guillén Vázquez: Manual de matemáticas para acceso a la Universidad. Editorial Ramón Areces, 1991, s. 1704. ISBN 84-8004-006-8, ISBN 978-84-8004-006-8. [dostęp 2009-03-22]. (hiszp.).
  83. Jean-Pierre Daems, Edward Jennekens, Valentijn Van Hooteghem: Argument 4-5 – Goniometrie – Driehoeksmeting. Uitgeverij De Boeck, 2004, s. 211. ISBN 90-455-0674-2, ISBN 978-90-455-0674-6. [dostęp 2009-03-23].
  84. Sulistiyono, Sri Kurnianingsih, Kuntarti: Matematika Sma Dan Ma untuk Kelas XI Semester 1. Jakarta: ESIS, s. 172. ISBN 979-734-502-5, ISBN 978-979-734-502-0. ISBN 979-734-502-5. [dostęp 2009-03-22]. (indonez.).
  85. 信州大学. 工学部: 信州大学工学部紀要. 信州大学工学部, 1981. [dostęp 2009-03-22]. (jap.).
  86. Yong-un Kim: Tongyang ŭi kwahak kwa sasang: Hanʼguk kwahak ŭi kanŭngsŏng ŭl chʻajasŏ. Ilchisa, 1984. [dostęp 2009-03-23]. (kor.).
  87. Litovskiĭ fizicheskiĭ sbornik. Gos. izd-vo polit. i nauch. lit-ry, 1984. [dostęp 2009-03-23]. (lit.).
  88. Johann Mutschmann, Fritz Stimmelmayr, Werner Knaus: Taschenbuch der Wasserversorgung. Vieweg+Teubner Verlag, 2007, s. 873. ISBN 3-8348-0012-0, ISBN 978-3-8348-0012-1. [dostęp 2009-03-22]. (niem.).
  89. a b Hans Geiger, Karl Scheel: Handbuch der Physik. Julius Springer, 1928. [dostęp 2009-03-22]. (niem.).
  90. Dubbel Manual Da Construcao de Maquinas. Hemus, s. 68. ISBN 85-289-0270-6, ISBN 978-85-289-0270-9. [dostęp 2009-03-22]. (port.).
  91. a b Memórias da Academia das ciências de Lisboa, classe de ciências. Lisbona: 1967. [dostęp 2009-03-22]. (port.).
  92. a b Antônio Gonçalves, Moreira Couto: Geometria descritiva e insolação. 1961. [dostęp 2009-03-22]. (port.).
  93. Тесты и экзаменационные задания по математике за курс средней школы (ЕГЭ): Учебное пособие. Издательский дом „Питер”, s. 160. ISBN 5-469-00278-0, ISBN 978-5-469-00278-9. [dostęp 2009-03-22]. (ros.).
  94. Orta Doğu: Isi transferí. [dostęp 2009-03-23]. (tur.).
  95. Mykola Platonovych Bahan: Ukraïnsʹka radi͡a͡nsʹka entsyklopedii͡a͡. Akademii͡a nauk Ukr. Radi͡ansʹkoï Sot͡sialistichnoï Respubliky, 1959. [dostęp 2009-03-22]. (ukr.).
  96. A Magyar Tudományos Akadémia Matematikai és Fizikai Tudományok Ostályának kózleményei. 1974. [dostęp 2009-03-22]. (węg.).
  97. James Stewart: Calcolo. Funzioni di una variabile. Apogeo Editore, 2001, s. 222. ISBN 88-7303-747-X, ISBN 978-88-7303-747-7. [dostęp 2009-03-22]. (wł.).
  98. a b c Pierangelo Andreini: Manuale dell’ingegnere meccanico. Wyd. 2. Hoepli Editore, 2002, s. 16. ISBN 88-203-3380-5, ISBN 978-88-203-3380-5. [dostęp 2009-03-22]. (wł.).
  99. Funkcje elementarne, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  100. Funkcje cyklometryczne, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  101. sinusoida, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  102. cosinusoida, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  103. tangensoida, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  104. cotangensoida, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-12-12].
  105. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 117.
  106. Bronsztejn i Siemiendiajew 1976 ↓, s. 237.
  107. Reinhardt i Soeder 2006 ↓, s. 297.
  108. a b c Bogdan Miś: Tajemnicza liczba e i inne sekrety matematyki. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1989, s. 164. ISBN 83-204-0920-9.

Bibliografia edytuj

  • Igor N. Bronsztejn, Konstantin A. Siemiendiajew: Matematyka, poradnik encyklopedyczny. Wyd. VI. Warszawa: PWN, 1976.
  • Lidia Filist, Artur Malina, Alicja Solecka: Słownik encyklopedyczny – matematyka. Wydawnictwo Europa, 1998. ISBN 83-85336-06-0.
  • Franciszek Leja: Funkcje zespolone. Warszawa: PWN, 1976.
  • Franciszek Leja: Rachunek różniczkowy i całkowy ze wstępem do równań różniczkowych. Wyd. III. Warszawa: PWN, 1954.
  • Fritz Reinhardt, Heinrich Soeder: Atlas matematyki. Warszawa: Prószyński i S-ka, 2006. ISBN 83-7469-189-1.

Linki zewnętrzne edytuj