7.9
تُشتق المتطابقات المثلثية لضعف الزاوية ونصف الزاوية من صيغ الجمع والفرق الأساسية، وتُستخدم كأدوات أساسية لتبسيط التعبيرات وحل المعادلات وتقييم التكامل…
في حديقة تزلج ، يقترب متسابق من منحدر منحني. يغير انحدارها المتغير تسارع الفارس ، ويتتبع مسارا يشكله الحركة الزاوية.
عندما يتحرك الفارس لأعلى أو لأسفل على المنحدر ، يتغير انحدار المسار - مع أوجه التشابه مع وظيفة الظل ، والتي تقارن الارتفاع الرأسي بالجري الأفقي.
يعرف الظل بأنه الجيب مقسوما على جيب تمام لأي زاوية تقاس من الأفقي.
من هذا التعريف ، يمكن اشتقاق الهوية ذات الزاوية. تذكر الجيب وجيب التمام بضعف الزاوية. يؤدي استبدال هذه في تعريف الظل إلى النتيجة: ظل ضعف الزاوية. عندما ينطلق الفارس أعلى ، وتتضاعف الزاوية ، تتنبأ هذه الهوية بالمنحدر الجديد.
بالنسبة للزوايا الأصغر بالقرب من قاعدة المنحدر ، حيث يدخل الفارس منحنى لطيف ، تصبح هوية نصف الزاوية مفيدة.
إن استدعاء وتطبيق هويات نصف زاوية الجيب وجيب التمام على تعريف المماس يعطي تعبيرا. ينتج عن تبسيطه بأخذ مرافق وضربه في واحد زائد أو واحد ناقص جيب تمام التمام شكلين متكافئين من هوية نصف الزاوية المماسية.
تساعد هذه الهويات في تحليل التغيرات الاتجاهية ونمذجة الحركة المنحنية في ديناميكيات حديقة التزلج.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How is the tangent function defined in terms of sine and cosine?
Tangent is defined as sine divided by cosine for any angle measured from the horizontal. This fundamental definition compares the vertical rise to the horizontal run of an angle, making it useful for analyzing slopes and directional changes in curved motion, such as a rider's path on a ramp.
Q2: What is the double-angle identity for tangent?
The double-angle identity for tangent is derived by substituting sine and cosine double-angle formulas into the tangent definition. When an angle doubles, this identity predicts the new slope or steepness, making it essential for modeling situations where angular motion increases, such as a rider launching higher on a curved ramp.
Q3: When is the half-angle identity for tangent most useful?
The half-angle identity for tangent is useful for analyzing smaller angles near the base of a ramp or gentle curves where the rider enters with reduced steepness. It simplifies expressions involving fractional angles by relating them to functions of a single angle, aiding in integration and evaluating nonstandard angles.
Q4: How are half-angle identities derived from double-angle formulas?
Half-angle identities are derived by solving the double-angle formulas for sin²(θ/2) and cos²(θ/2). The choice of sign in these identities depends on the quadrant in which the half-angle lies, allowing accurate evaluation of trigonometric functions for angles that are not standard or easily computed.
Q5: Why are double-angle and half-angle identities important in calculus?
Double-angle and half-angle identities reduce the complexity of trigonometric expressions and are crucial for simplifying integrals and solving equations. They are especially useful for reducing higher powers of trigonometric functions and enabling trigonometric substitution techniques in integration and advanced mathematical applications.
Q6: How do trigonometric identities relate to real-world applications like ramp dynamics?
Trigonometric identities model curved motion by relating changing angles to slopes and accelerations. In a skate park, the tangent function describes the ramp's steepness, while double-angle and half-angle identities predict how the slope changes as the rider moves up or down, enabling analysis of directional changes and motion dynamics.
Q7: What are the two equivalent forms of the tangent half-angle identity?
The tangent half-angle identity has two equivalent forms obtained by simplifying the ratio of sine and cosine half-angle expressions using conjugate multiplication. These forms relate tan(θ/2) to either (1 - cos θ)/sin θ or sin θ/(1 + cos θ), providing flexibility in solving different types of problems.