ciclo trigonometrico-exercicios
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P R O F E S S O R A T E L M A C A S T R O S I LVA
CICLO TRIGONOMÉTRICO
Medidas de Arcos
As unidades mais usadas são o grau (°) e o radiano (rad).
Grau: é quando dividimos uma circunferência em 360 partes congruentes, sendo cada uma dessas partes correspondentes a um arco de um grau (1o).
r
Radiano: um arco de um radiano ( 1rad ) é um arco cujo comprimento é igual ao do raio da circunferência que o contém.
•r
1 rad
6,28 rad ou2π rad
Comprimento do arco igual à medida do raio
Relembrando: o comprimento da circunferência mede 2πr onde r é o raio.
• ≅ 0,28 rad
360° 2π rad
180° π rad
90° π/2 rad
Transformação de graus para radianos
Exemplo: Quantos radianos correspondem a 540°?
540° x rad
Circunferência Trigonométrica - Preliminares
Consideremos uma circunferência de raio unitário (r = 1), cujo centro coincide com a origem de um sistema cartesiano ortogonal.
•0 ••
••
1
1
–1
–1
•0 ••
••
1
1
–1
–1
A
• Se um arco for medido no sentido horário, então a essa medida será atribuído o sinal negativo (-).
• Se um arco for medido no sentido anti-horário, então a essa medida será atribuído o sinal positivo (+).
O ponto A (1 , 0) é a origem de todos os
arcos a serem medidos na circunferência.
⊖⊕ •
•0 ••
••
1
1
–1
–1
A
Os eixos coordenados dividem o plano cartesiano em quatro regiões chamadas quadrantes; esses quadrantes são contados no sentido anti-horário, a partir do ponto A.
Como a circunferência tem 360° ou 2π rad, cada um desses arcos medem 90° ou π/2 rad.
•1° Q2° Q
3° Q 4° Q
Se temos um arco de origem A e extremidade B, ele pode assumir infinitos valores, dependendo do número de voltas no sentido anti-horário (+), ou no sentido horário (–).
π/2 rad
π rad
3π/2 rad
0 rad0••
••
•2π rad
–3π/2 rad
–π rad
–π/2 rad
–2π rad0•
••
••0 rad
Sentido POSITIVO ou anti-horário
Sentido NEGATIVO ou horário
A
B
A
B
π/2 rad = 90°
π rad = 180°
3π/2 rad = 270°
0 rad = 0°0•
••
••2π rad = 360°
5π/2 rad = 450°
3π rad = 540°
7π/2 rad = 630°
4π rad = 720°
Infinitos valores
A R C O S E Â N G U L O S
Exercícios
1. Expresse em graus:
a)
b)
c)
d)
e)
rad910
rad811
rad9
rad20
rad34
Solução: Esse cálculo também poderia ser realizado pela regra de três, mas outra forma é substituir π rad pelo seu correspondente em graus, 180º, e simplificar a fração.
a)
b)
2
45
clicar
1
20
Solução: Esse cálculo também poderia ser realizado pela regra de três, mas outra forma é substituir π rad pelo seu correspondente em graus, 180º, e simplificar a fração.
a)
b)
c) d)
e)
2
45
1
60
1
20
1
20
1
9
2. Determine, em radianos, a medida do menor ângulo formado pelos ponteiros de um relógio às 4 horas.
Solução: Os ponteiros de um relógio estão ambos na direção dos números somente na hora exata. Após esse momento, o único a ficar na direção é o ponteiro dos minutos (grande). O relógio representa uma circunferência dividida em 12 partes iguais. Logo, cada número dista um arco que mede 30°. Às 4h o menor ângulo central formado pelos ponteiros corresponde a
3. Se o ponteiro menor de um relógio percorre um arco de ( π/12) radianos, que arco ponteiro maior percorre?Solução:
Em graus a medida percorrida pelo menor corresponde a 15°. Esse valor corresponde à metade da distância entre dois números consecutivos. O tempo para percorrer essa distância pelo menor é de meia hora. Enquanto isso o ponteiro maior dá meia volta completa, isto é, 180°.
Logo, o ponteiro maior percorre π rad.
3. Se o ponteiro menor de um relógio percorre um arco de ( π/12) radianos, que arco ponteiro maior percorre?
Esta questão também pode ser resolvida através se uma regra-de-três simples:
PonteiroPequeno
PonteiroGrande
2π rad(π/6) rad
x rad(π/12) rad
2
Resposta: π rad
4. Um relógio foi acertado exatamente ao meio-dia. Determine as horas e os minutos que estará marcando esse relógio após o ponteiro menor ter percorrido um ângulo de 42°.
PonteiroPequeno Tempo
60 min30°
x42°
Passaram-se 84 minutos após o meio-dia, que corresponde a 1h 24min. Observe que este horário é vespertino, logo pode ser indicado como 13:24 h.
2
5. Qual a medida, em graus, do menor ângulo central formado pelos ponteiros de um relógio que está marcando 9h 30min?
09:00 h 09:30 h
x
α
Solução: Ao marcar 9h em ponto, os ponteiros estavam na direção dos números como indicado na primeira figura. Às 9h30min o ponteiro pequeno deslocou-se de um ângulo “x”.Aplicando a regra-de-rês descobrimos quantos graus ele se afastou da direção do número 9 em 30 minutos.
09:30 h
x
αPonteiroPequeno Tempo
60 min30°
30 minx
60 x = 900 ⇒ x = 15°α = 90° + x e x = 15°
⇒ α = 105°
6. Determine:
a) o comprimento de um arco de circunferência (em cm),
sabendo que ela tem 12cm de raio e o ângulo central
correspondente mede 20°.
b) o ângulo central (em radianos) correspondente a um
arco de 15cm de comprimento, sabendo que ela tem raio
de 20cm.
c) a medida do raio de uma circunferência (em cm),
sabendo que nela um ângulo central de 15° corresponde
a um arco de 30cm.
a) o comprimento de um arco de circunferência (em cm),
sabendo que ela tem 12cm de raio e o ângulo central
correspondente mede 20°.
⇒
b) o ângulo central (em radianos) correspondente a um
arco de 15cm de comprimento, sabendo que ela tem raio
de 20cm.
⇒
c) a medida do raio de uma circunferência (em cm),
sabendo que nela um ângulo central de 15° corresponde a
um arco de 30cm.
⇒
7. A roda dianteira de uma bicicleta tem 40cm de raio.
Quantos metros ela percorre ao dar 5.000 voltas?
Quantas voltas ela deve dar para percorrer 9420m?
40 cm = 0,4 m ⇒ C = 2π × 0,4 m
C ≅ 2,5 m∴1 volta = 2,5 m ⇒ 5000 voltas = 5000 × 2,5 m = 12.500 m
1 volta = 2,5 m ⇒ x voltas = 2,5 x = 9.420 m
8. As rodas de um automóvel têm 70cm de diâmetro.
Determine o número de voltas efetuadas pelas rodas
quando o automóvel percorre 9.891km. Adote π = 3,14.
d = 70 cm ∴ r = 35 cm1 volta = C = 2π × 35 = 70π cm = 219,8 cm = 2,198 mPercurso = 9.891 km = 9.891.000 m
2,198 . x = 9891000 ∴ x = 4.500.000 voltas
x voltas = 2,198 . x
9. Obtenha as menores determinações não negativas dos
arcos.
a) 1300°
b) 1440°
c) 170°
d)
e)
f) –1200°
rad2
11
rad5
43
Solução:
Encontra-se o número de voltas completas
que é múltiplo de 360° ou de 2π.
As menores determinações não negativas
serão os arcos encontrados nos restos
percorridos no sentido positivo.
São chamadas 1ªs determinações.
°1300° 360°
3022
voltas
a)
Logo a 1ª determinação de 1300° é 220°.
1300°= 3 × 360° + 220°
3 voltas completas ∴ volta ao ponto de partida
°1440° 360°
4000
voltas
b)
Logo a 1ª determinação de 1440° é 0°.
1440°= 4 × 360° + 0°
4 voltas completas ∴ volta ao ponto de partida
c) 170° < 360° não completando uma volta. Logo a 1ª determinação é o próprio 170°.
d)
Vamos dividir o arco por 2π rad
Sabemos que: ou seja, 2 voltas mais ¾ de volta.
¾ de uma volta, em radianos, serão:
2
1
ou seja, 4 voltas mais 3/10 de volta.
e)
Vamos dividir o arco por 2π rad
Sabemos que:
3/10 de uma volta, em radianos, serão:
5
1
f)
–120° é a 1ª determinação negativa de –1200°.
Para encontrar a 1ª determinação positiva, devemos
somar 360° a –120°.
–120° + 360° = 240°
Logo a 1ª determinação não negativa de –1200° é 240°
(sentido positivo).
°–1200° 360°
–302–1
voltas
–1300°= –3 × 360° – 120°
3 voltas completas no sentido horário (negativo) ∴ volta ao ponto de partida
• 0°180° • 90° •
•270°
+240° ≡ –120° •
Visualização de determinações positiva e negativa:
≡−𝟗𝟎°
10. Dê as expressões gerais dos arcos côngruos a:
a) 1700°
b) –700°
c)
d)
e)
rad4
49
rad 11
rad8
33
Solução: A expressão geral será
dada pela 1ª determinação dos
ângulos adicionadas a múltiplos de
360° ou 2π, positivos ou negativos.
°1700° 360°
4062
voltas
a) 1700°= 4 × 360° + 260°
4 voltas completas no sentido horário (negativo) ∴ volta ao ponto de partida
260° é a 1ª determinação positiva de 1700°.
Dizemos então que a EXRESSÃO GERAL dos arcos côngruos a 1700° é dada por:
𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ
°1700° 360°
4062
voltas
a)𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ
Sendo k um número inteiro, ao escrevermos 360°k, queremos expressar um número qualquer de voltas completas em qualquer sentido – positivo ou negativo.
Ao somarmos 260°, dizemos que, depois de voltar ao ponto de partida – não importando quantas voltas foram dadas antes – percorremos mais 260° e chegamos sempre ao mesmo ponto.
• 0°180° • 90° •
•270°
260°•
𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ 𝑘=0⇓260 °
≡ 360°
• 0°180° • 90° •
•270°
620°
𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ 𝑘=1⇓620 °
≡ 360°1 volta
•+ 260°
• 0°180° • 90° •
•270°
980°
𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ 𝑘=2⇓980 °
≡ 360°2 voltas+ 260°
•1 volta
• 0°180° • 90° •
•270°
–100°
𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ 𝑘=−1⇓
−100 °
≡ 360° –1 volta
•+ 260°
𝟐𝟔𝟎°+𝟑𝟔𝟎 °𝒌 ,𝒌∈ℤ
Todos os arcos têm extremidade no mesmo ponto!
𝒌=𝟎 𝒌=𝟏
𝒌=𝟐 𝒌=−𝟏
b) )º340()(2º360º700 restovoltas
⇒ 1ª determinação positiva de –700° = 360° – 340° = 20°
Logo a expressão geral é Zk k ,360º20
c) radvoltasradradrad4
)6(1244
48449
Zk rad k ,24
Logo a expressão geral é
d) rad voltasrad rad rad )5(1011
Zk krad ,2 Logo a expressão geral é
radvoltas radradrad8
)2(488
32833 e)
A 1ª determinação positiva será radradrad 815
82
Logo a expressão geral é Zk krad ,2815
– 2 voltas significa duas voltas no sentido horário
(negativo)
11. Assinale com “X” os pares que representam arcos côngruos.
( ) 740° e 1460°
( ) 400° e 940°
( )
( )
Solução:
Para que representem arcos
côngruos, suas extremidades
deverão ser as mesmas.
Isto pode ser verificado
comparando as primeiras
determinações de cada par.
)º20()(4º360º1460
)º20()(2º360º740
restovoltas
restovoltas1º)
)º220()(2º360º940
)º40()(1º360º400
restovoltas
restovoltas2º)
3º)
radvoltasradradradradrad
radvoltasradradradradrad
32
)(432
832
324
326
32
)(632
1232
336
338
4º)
radvoltaradradradradrad
radvoltasradradradradrad
59
)(159
259
510
519
54
)(754
1454
570
574
⊠⊠
11. Assinale com “X” os pares que representam arcos côngruos.
( ) 740° e 1460°
( ) 400° e 940°
( )
( )
⊠⊠
12. Os arcos da forma , , k ∈ ℤ , têm extremidades em que quadrantes?
kk )1.(30º180.
Solução: Atribuindo alguns valores para “k”, observa-se a regularidade dos quadrantes:
)º1(º30º390º30º360º30.)1(º180).2(2
)º2(º150º30º180º30.)1(º180).1(1
)º1(º30º30.)1(º180).0(0
)º2(º150º210º30º180º30.)1(º180).1(1
)º1(º30º330º30º360º30.)1(º180).2(2
2
1
0
1
2
Qk
Qk
Qk
Qk
Qk
Observa-se que, para valores ÍMPARES de k, a extremidade do arco pertence ao 2º quadrante e, para valores PARES, ao 1º quadrante. Logo, a resposta é 1º e 2º quadrantes.
cos α
Seno e Cosseno na Circunferência Trigonométrica
Dado um arco trigonométrico AM de medida α, chama-se de cosseno de α a abscissa do ponto M e seno de α a ordenada do ponto M.
••
••
AαM•
•sen α
Sendo M o ponto de coordenadas (cos α, sen α), consideraremos o eixo horizontal como Eixo dos Cossenos e o eixo vertical como Eixo dos Senos.
cos α ••
••
AαM•
•sen α cos
sen
••
r = 1 •( 1 , 0 )
•( 0 , 1 )
•(–1 , 0 )
•( 0 , –1 )
180° ou π rad
0° ou 0 rad
90° ou π/2 rad
270° ou 3π/2 rad
360° ou 2π rad
sen
cos
Ponto Arco Cosseno Seno( 1 , 0 )( 0 , 1 )(–1 , 0 )( 0 , –1 )( 1 , 0 )
Arco0π/2π
3π/22π
Cosseno10
–1 01
Seno010
–1 0
Complete:
1
0
1
0
0
0
ExercícioConverta de graus para radianos:
a) 30° = _____
30° x rad180° π rad
b) 45° = _____ c) 60° = _____
•
sen
cos
30° ou π/6•
•
sen
cos
45° ou π/4•
•
sen
cos
60° ou π/3•
sen
cos
30° ou π/6••
•210° ou 7π/6
150° ou 5π/6
sen
cos
30° ou π/6••
•210° ou 7π/6
•
150° ou 5π/6
sen
cos
30° ou π/6•
210° ou 7π/6•
•
••
330° ou 11π/6
π/6 π – π/6 = 5π/6
π + π/6 = 7π/6
2π – π/6 = 11π/6
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Q
0 π/2 π 3π/2 2πsen
cos
Agora vamos fazer o mesmo para todos os arcos associados a π/4 e π /6
π/4
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Qπ – π/4 = 3π/4
π + π/4 = 5π/4
2π – π/4 = 7π/4
•
sen
cos
45° ou (π/4) rad•0° ou 0 rad180° ou π rad
•• •
180° – 45° = 135°ou π – π/4 = (3π /4) rad
180° + 45° = 225°ou π + π/4 = (5π /4) rad
360° ou 2π rad
360° – 45° = 315°ou 2π – π/4 = (7π /4) rad
•
sen
cos
••• •
•
sen
cos
(π/4) rad••• •
(3π /4) rad
(5π /4) rad (7π /4) rad
π/4
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Qπ – π/4 = 3π/4
π + π/4 = 5π/4
2π – π/4 = 7π/4
π/3
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Qπ – π/3 = 2π/3
π + π/3 = 4π/3
2π – π/3 = 5π/3
•
sen
cos
60° ou (π/3) rad••
••
0° ou 0 rad180° ou π rad360° ou 2π rad
180° – 60° = 120°ou π – π/3 = (2π /3) rad
180° + 60° = 240°ou π + π/3 = (4π /3) rad
360° – 60° = 300°ou 2π – π/3 = (5π /3) rad
•
sen
cos
••
••
•
sen
cos
60°••
••
120°
240° 300°
π/3
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Qπ – π/3 = 2π/3
π + π/3 = 4π/3
2π – π/3 = 5π/3
0
Tangente na Circunferência Trigonométrica
Seja t a reta perpendicular ao eixo das abscissas pelo ponto A.
••
••
Aαt
O prolongamento do raio 0M intercepta a reta t no ponto T.
••T
•MA’
B’
B
Chamaremos a reta t de eixo das tangentes, assim:Dado um arco trigonométrico AM, M ≠ B e M ≠ B’, de medida α, chama-se tangente de α (tg α) a ordenada do ponto T obtido pela intersecção do prolongamento do raio 0M com o eixo das tangentes.
0
••
•Aαt
••T
•M•A’
B’
Btg α
OBS: O ponto M não pode coincidir com B, nem com B’, pois os prolongamentos dos raios 0B e 0B’, não interceptam o eixo das tangentes. Por isso dizemos que não existe tangente de um arco com extremidade em B ou B’.
0
••
•Aαt
••T
•M•A’
B’
Btg α
30º ou (π/6) rad
45º ou (π/4) rad
60º ou (π/3) rad
sencostg
1
2
1
2
1
2
3
2
3
3
33
2
2
2
2
Tabela das principais razões trigonométricas
•
sen
cos30° ou π/6
•
tg
T
•
sen
cos45° ou π/4
•tg
T
1
•
sen
cos60° ou π/3
•
tg T
Variação do sinal da tangente
Sabemos que no triângulo retângulo ABC, temos:
c
btg
b
A B
C
αa
c
a
bsen
a
ccos
Vamos calcular o seguinte quociente:
cos
sen
ac
ab
c
a
a
b
c
b tg
sen
⊕⊕⊖ ⊖ cos⊕⊕⊖⊖
tg
⊕⊕⊖ ⊖Lembre-se que ⊕/⊕ = ⊕, ⊖/⊖ = ⊕, ⊕/⊖ = ⊖/⊕ = ⊖
π/6 π – π/6 = 5π/6
π + π/6 = 7π/6
2π – π/6 = 11π/6
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Q
tg
π/4
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Qπ – π/4 = 3π/4
π + π/4 = 5π/4
2π – π/4 = 7π/4
tg 1 1–1 –1
π/3
sen
cos
1º Q 2º Q 3º Q 4º Qπ – π/3 = 2π/3
π + π/3 = 4π/3
2π – π/3 = 5π/3
tg
0 π/2 π 3π/2 2πsen
cos
Agora, muita atenção!
tg 0 0 0∞ ∞A divisão por zero não é definida em Matemática, mas podemos considerar aqui que os prolongamentos dos raios nos arcos π/2 e 3π/2 resultariam em paralelas ao eixo das tangentes e, como sabemos, define-se que retas paralelas se “encontram” no infinito.
••
sen
cos30° ou π/6
•
tg
T
Exemplos:
330° ou 11π/6
T’
sen
cos45° ou π/4
•tg
T
1
••
135° ou 5π/4
•
sen
cos60° ou π/3
•tg T
•120° ou 2π/3
C O N T I N U A Ç Ã O
Exercícios
13. Determine os valores de:
a)
b)
º180º902º540cos3 tgseny
º720cosº630cos2º9004 seny
Solução: Encontram-se os arcos côngruos, reduzindo
ao 1° quadrante para determinações dos valores das
funções e atribuindo seus respectivos sinais de acordo
com os quadrantes.
5230)1(2)1(3
0º180
1º90
1º180cosº540cos
y
tg
sen
11001)0(2)0(4
1º0cosº360cosº720cos
0º270cosº630cos
0º180º900
y
sen sen
a)
b)
14. Determine os valores máximos e mínimos das expressões:
a)
b)
c)
3
1cos4
xy
5
52 senxy
23 2 xseny
Solução: As funções seno e cosseno variam no intervalo [ – 1 , 1] onde (–1) é mínimo e (1) é máximo. No caso das funções estarem ao quadrado, o valor mínimo passa a ser (0), pois nenhum número ao quadrado pode ser negativo.
ATENÇÃO!
13
3
3
1)1(4:
3
5
3
1)1(4:
3
1cos4
ymínimo
ymáximox
ya)
b)
5
3
5
_)1(52:
5
7
5
_)1(52:
5
52
ymínimo
ymáximosenx
y
c)
12)1(3:
22)0(3:23 2
ymínimo
ymáximoxseny
15. Que valores de m satisfarão a ambas as condições:
Solução: Aplicando a relação fundamental relacionando senos e cossenos, temos:
ou
16. Sendo x um arco do 2° quadrante e ,
determine:
a) cos x
b) tg x
5
3senx
Solução: No 2° quadrante o cosseno é negativo e a
tangente também é negativa. Aplicando as relações
fundamentais, temos:
a)
b)
17. Relacione as colunas:
Solução: Encontrando o arco côngruo correspondente, avalia-se o sinal da função.
cos 20°
a) 5240° 360°
1164
4200°0
cos
sen
• 0°180° •
90° •
• 270°
200° • 20°20°–cos 20°
cos 200° = –cos 20°
•
b) 1200° 360°
3120°
cos
sen
• 0°180° •
90° •
• 270°
120° •60° 60°
sen 60° = cos 30°
•
c) –210° + 360° = 150°
cos
sen
• 0°180° •
90° •
• 270°
150° •30° 30°
sen 150° = sen 30°
•
d)
cos
sen
• 0°180° •
90° •150° •
30° 30°
tg
• 270°
•
d)
cos
sen
• 0°180° •
90° •
• 270°
120° •60° 60°•
d)
cos
sen
• 0°180° •
90° •
• 270°
• 330°
30°30°
cos 330° = cos 30°
•
d)
17. Relacione as colunas:
18. A expressão é igual a:)º120cos(º540
º3001
tg
sen
cos
sen
180° •
90° •
• 270°
• 300°
• ≡ 360°60°
60° • 0°
540° 360°
1180°
cos
sen
180° •
90° •
• 270°
•
tg
• 0°
–120° + 360° = 240°
cos
sen
180° •
90° •
• 270°
60°
60° • 0°
240° •
•
)º120cos(º540
º3001
tg
sen
0⇒
∴
ISERJ – 2011
Fontes: Trabalho da Professora Gertrudes, PUC-RS e http://professorwaltertadeu.mat.br/