Синус, косинус і тангенс гострого кута прямокутного трикутника
~15 хв · 8 розділів · 11 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Математика — повний курс.
Співвідношення між сторонами й гострими кутами прямокутного трикутника: означення синуса, косинуса й тангенса гострого кута, табличні значення для 30°, 45° і 60°, властивість катета, що лежить проти кута 30°, основна тригонометрична тотожність, розв'язування прямокутного трикутника за стороною й кутом.
У прямокутному трикутнику сторони мають спеціальні назви: дві сторони, що утворюють прямий кут, називають катетами, а найдовшу сторону, що лежить навпроти прямого кута, — гіпотенузою. Для будь-якого гострого кута α в прямокутному трикутнику означено три основні тригонометричні відношення: синус, косинус і тангенс. Вони пов'язують міру кута з довжинами сторін і дають змогу, знаючи один кут і одну сторону, знайти всі інші сторони.
Означення
Нехай у прямокутному трикутнику ABC ∠C = 90°. Розглянемо гострий кут A. Тоді:
катет BC — протилежний до кута A, бо лежить навпроти нього;
катет AC — прилеглий до кута A, бо виходить із вершини A і є однією з його сторін (разом із гіпотенузою);
AB — гіпотенуза.
Величина | Означення | Формула |
|---|---|---|
sin A | протилежний катет / гіпотенуза | BC / AB |
cos A | прилеглий катет / гіпотенуза | AC / AB |
tg A | протилежний катет / прилеглий катет | BC / AC |
Звідси одразу випливає важлива тотожність: tg α = sin α / cos α, адже (BC/AB) : (AC/AB) = BC/AC.
Властивості для гострого кута
Значення синуса, косинуса й тангенса залежать лише від кута, а не від того, який саме прямокутний трикутник розглядати. Якщо взяти два різних прямокутних трикутники з однаковим гострим кутом, вони подібні, тому відношення сторін у них однакові.
Для будь-якого гострого кута α (0° < α < 90°) справджуються такі нерівності:
0 < sin α < 1 — катет коротший за гіпотенузу;
0 < cos α < 1 — з тієї ж причини;
tg α > 0 — тангенс може бути будь-яким додатним числом (0 < tg α < +∞).
Зв'язок між гострими кутами
У прямокутному трикутнику сума гострих кутів дорівнює 90°: α + β = 90°, тобто β = 90° − α. Для другого гострого кута β протилежним стає той катет, який для α був прилеглим, і навпаки. Тому:
sin β = cos α
cos β = sin α
tg β = 1 / tg α
Це правило іноді називають «додаткові кути»: синус кута дорівнює косинусу доповнення до 90°, і навпаки.
Основна тригонометрична тотожність
З теореми Піфагора (a² + b² = c²) випливає найважливіше співвідношення:
Дійсно, (a/c)² + (b/c)² = (a² + b²)/c² = c²/c² = 1. Це дає змогу знаходити косинус за відомим синусом (або навпаки) без знання сторін трикутника.
Наприклад, якщо sin α = 5/13, то cos²α = 1 − (25/169) = 144/169, отже cos α = 12/13 (беремо додатне значення, бо кут гострий). Тоді tg α = (5/13) : (12/13) = 5/12.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
У задачах найчастіше використовують кути 30°, 45° і 60°, бо для них відомі точні значення sin, cos і tg. Їхні синуси, косинуси й тангенси варто знати напам'ять, хоч вони й наведені в довідкових матеріалах (для кутів, виражених у радіанах: π/6, π/4, π/3). Швидке відтворення цих значень заощаджує час на тестуванні.
Таблиця значень
Кут α | sin α | cos α | tg α |
|---|---|---|---|
30° (π/6) | 1/2 | √3/2 | √3/3 |
45° (π/4) | √2/2 | √2/2 | 1 |
60° (π/3) | √3/2 | 1/2 | √3 |
Зверни увагу на симетрію: sin 30° = cos 60° = 1/2, sin 60° = cos 30° = √3/2 — це прямий наслідок властивості sin(90° − α) = cos α.
Катет, що лежить проти кута 30°
Окрема важлива властивість: катет, що лежить проти кута 30°, дорівнює половині гіпотенузи. Це випливає з sin 30° = 1/2: якщо α = 30°, то a = c · sin 30° = c · 1/2. І навпаки: якщо в прямокутному трикутнику катет дорівнює половині гіпотенузи, то кут навпроти нього дорівнює 30°.
Розгляньмо приклад. Нехай гіпотенуза дорівнює 14, а один із гострих кутів — 30°. Тоді:
катет, протилежний до кута 30°: a = 14 · 1/2 = 7;
другий катет (прилеглий до кута 30°): b = 14 · cos 30° = 14 · (√3/2) = 7√3.
Стандартні трикутники
У задачах часто фігурують два особливих види прямокутних трикутників:
Рівнобедрений прямокутний трикутник (кути 45°, 45°, 90°): катети рівні (позначимо їх a), гіпотенуза дорівнює a√2.
Трикутник з кутами 30°, 60°, 90°: сторони відносяться як 1 : √3 : 2, де 1 — катет проти кута 30°, √3 — катет проти кута 60°, 2 — гіпотенуза.
Підказка: трикутник 30°–60°–90° легко отримати, провівши висоту в рівносторонньому трикутнику. Вона ділить його на два однакові прямокутні трикутники з кутами 30°, 60°, 90°.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розв'язати прямокутний трикутник — означає знайти всі його невідомі сторони й кути за відомими елементами. Завдяки синусу, косинусу й тангенсу це можна зробити, знаючи лише один гострий кут і одну сторону.
Основні формули
Нехай у прямокутному трикутнику c — гіпотенуза, a — катет, протилежний до кута α, b — катет, прилеглий до кута α. Тоді:
Що шукаємо | Формула |
|---|---|
Протилежний катет за гіпотенузою | a = c · sin α |
Прилеглий катет за гіпотенузою | b = c · cos α |
Протилежний катет за прилеглим | a = b · tg α |
Прилеглий катет за протилежним | b = a / tg α |
Гіпотенуза за катетом | c = a / sin α = b / cos α |
Приклад 1: знаходимо катети за гіпотенузою й кутом
Гіпотенуза дорівнює 20, гострий кут α = 60°. Знайдемо катети.
Протилежний до кута 60° катет: a = 20 · sin 60° = 20 · (√3/2) = 10√3.
Прилеглий до кута 60° катет: b = 20 · cos 60° = 20 · (1/2) = 10.
Перевірка за теоремою Піфагора: (10√3)² + 10² = 300 + 100 = 400 = 20².
Приклад 2: знаходимо сторону за катетом і кутом
У прямокутному трикутнику катет, прилеглий до кута 30°, дорівнює 6. Знайдемо протилежний катет і гіпотенузу.
Протилежний катет: a = b · tg 30° = 6 · (√3/3) = 2√3.
Гіпотенуза: c = b / cos 30° = 6 / (√3/2) = 6 · 2/√3 = 12/√3 = 4√3 (після раціоналізації).
Знаходження кута за сторонами
Якщо відомі дві сторони, кут можна знайти через обернені тригонометричні функції (arcsin, arccos, arctg), але на НМТ частіше трапляються випадки, коли відношення збігається з табличним значенням.
Приклад: катети дорівнюють 5 і 5√3. Тоді tg α (проти меншого катета) = 5 / (5√3) = 1/√3 = √3/3. Це tg 30°, отже кут проти меншого катета дорівнює 30°.
Інший приклад: катет дорівнює 4, гіпотенуза — 8. Sin α = 4/8 = 1/2, отже α = 30°.
Практичні задачі
Тригонометрія прямокутного трикутника має безліч практичних застосувань:
Висота дерева: якщо тінь дерева має довжину L, а сонячні промені падають під кутом α до горизонту, то висота H = L · tg α.
Висота щогли: якщо трос завдовжки c натягнуто від верхівки щогли до землі під кутом α до землі, то висота щогли h = c · sin α.
Кут підйому пандуса: якщо пандус має висоту h і довжину похилої поверхні l, то sin α = h / l, звідки знаходимо кут.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо чотири типові завдання НМТ на тригонометрію прямокутного трикутника. Перші два — вибір однієї відповіді, третє — логічні пари, четверте — знову вибір однієї відповіді.
Приклад 1. Знаходження синуса за двома катетами
Умова: У трикутнику ABC ∠C = 90°, AC = 12, BC = 5. Знайдіть sin A.
Розв'язання:
Визначаємо гіпотенузу AB за теоремою Піфагора: AB² = AC² + BC² = 12² + 5² = 144 + 25 = 169, отже AB = 13.
Для кута A протилежним катетом є BC = 5 (лежить навпроти вершини A).
sin A = BC / AB = 5/13.
Відповідь: . Дистрактори:
12/13 — це cos A (прилеглий катет / гіпотенуза);
5/12 — це tg A (5/12 = протилежний / прилеглий);
12/5 — помилка: прилеглий / протилежний, що не є жодним із трьох відношень;
13/5 — помилка: гіпотенуза / катет (значення > 1, не може бути sin).
Приклад 2. Катет, прилеглий до кута 30°
Умова: Гіпотенуза прямокутного трикутника дорівнює 18, один із гострих кутів дорівнює 30°. Знайдіть катет, прилеглий до цього кута.
Розв'язання:
Прилеглий катет — це той, що виходить із вершини кута 30° разом із гіпотенузою.
За означенням косинуса: cos 30° = прилеглий катет / гіпотенуза.
Катет = 18 · cos 30° = 18 · (√3/2) = 9√3.
Відповідь: . Дистрактори:
9 — це протилежний катет (18 · sin 30° = 18 · 1/2 = 9);
18√3 — узяли гіпотенузу 18 і помножили на √3 замість √3/2;
6√3 — помилка: 18 · (√3/3) = 6√3 (це tg 30°, а не cos 30°);
36 — помилка: 18 / (1/2) = 36.
Приклад 3. Логічні пари (відповідність)
Умова: У трикутнику ABC ∠C = 90°, ∠A = 30°, AB = 12. CH — висота, проведена до гіпотенузи. Установіть відповідність між відрізком (1 — BC, 2 — AC, 3 — CH) і його довжиною (А — 3, Б — 6, В — 3√3, Г — 6√3, Д — 12√3).
Розв'язання:
BC — катет, протилежний до кута 30°. За властивістю: BC = (1/2) · AB = 6. Отже 1 → Б.
AC — катет, прилеглий до кута 30°: AC = AB · cos 30° = 12 · (√3/2) = 6√3. Отже 2 → Г.
CH — висота з прямого кута на гіпотенузу. У прямокутному трикутнику CH = BC · AC / AB = (6 · 6√3) / 12 = 36√3 / 12 = 3√3. Або: CH = BC · sin B, де ∠B = 60°, sin 60° = √3/2, CH = 6 · (√3/2) = 3√3. Отже 3 → В.
Відповідь: 1–Б, 2–Г, 3–В. Букви А (3) і Д (12√3) зайві.
Приклад 4. Практична задача (щогла)
Умова: Трос завдовжки 20 м натягнуто від верхівки щогли до землі під кутом 60° до землі. Знайдіть висоту щогли.
Розв'язання:
Трос — це гіпотенуза (20 м). Кут між тросом і землею — 60°.
Висота щогли — це катет, протилежний до кута 60°.
h = 20 · sin 60° = 20 · (√3/2) = 10√3 м.
Відповідь: м. Дистрактори:
10 м — помилка: узяли cos 60° = 1/2 замість sin 60° (знайшли прилеглий катет, а не висоту);
20√3 м — помилка: забули поділити на 2: 20 · √3 замість 20 · √3/2;
40 м — помилка: 20 / (1/2) = 40;
10√2 м — помилка: використали значення sin 45° = √2/2.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
На НМТ з математики помилки в тригонометричних задачах часто виникають не через складність теми, а через неуважність або плутанину в базових поняттях. Розберімо найпоширеніші пастки.
Плутають протилежний і прилеглий катети, а отже — синус і косинус. Наприклад, для кута A у трикутнику ABC (∠C = 90°) катет AC є прилеглим, а BC — протилежним. Запам'ятай: протилежний катет не дотикається до вершини кута, а лежить навпроти.
Ділять гіпотенузу на катет і отримують «синус», більший за 1. Синус і косинус гострого кута завжди менші за 1 (бо катет коротший за гіпотенузу). Якщо ти отримав sin > 1 або cos > 1 — відразу шукай помилку.
Плутають sin 30° і sin 60°, cos 30° і cos 60°. Простий спосіб: чим більший гострий кут (до 90°), тим більший його синус. Тому sin 30° = 1/2, sin 60° = √3/2 ≈ 0,866. Для косинуса навпаки: cos 30° = √3/2, cos 60° = 1/2.
Вважають, що половині гіпотенузи дорівнює катет проти кута 60°. Ні, це хибна думка. Катет проти кута 60° дорівнює половині гіпотенузи, помноженій на √3. Лише катет проти кута 30° дорівнює рівно половині гіпотенузи.
Рахують tg α як прилеглий / протилежний. Правильно: tg α = протилежний / прилеглий. Не плутай із котангенсом: ctg α = прилеглий / протилежний = 1 / tg α (котангенс є в програмі на профільному рівні).
Застосовують означення синуса, косинуса й тангенса до непрямокутного трикутника. Ці означення працюють ТІЛЬКИ для гострого кута прямокутного трикутника. Для довільних трикутників існують теорема синусів і теорема косинусів — окремі теми програми.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тригонометрія прямокутного трикутника — одна з ключових тем розділу «Планіметрія» програми НМТ (тема 5.3). Уміння, яке перевіряють, — «розв'язувати трикутники»: знаходити невідомі сторони й кути, використовуючи співвідношення між ними.
Довідкові матеріали
У довідці, яку надають на НМТ, є два потрібні блоки:
для прямокутного трикутника — теорема Піфагора й означення sin, cos, tg як відношень сторін;
у тригонометрії — таблиця значень sin, cos, tg для кутів 0, π/6, π/4, π/3, π/2 (тобто 0°, 30°, 45°, 60°, 90°).
Це означає, що тобі не потрібно пам'ятати числа — достатньо вміти ними скористатися. Але, як показує досвід, вивчені напам'ять значення дають виграш у часі.
Формати завдань
Завдання на цю тему можуть бути подані в різних форматах:
Формат | Номери | Бали |
|---|---|---|
Вибір однієї відповіді (5 варіантів, А–Д) | 1–15 | 1 бал |
Логічні пари (1–3 → А–Д, дві букви зайві) | 16–18 | 0–3 бали (по 1 за пару) |
Зокрема, у демоваріанті НМТ-2026 завдання 18 — геометрична відповідність про відрізки прямокутної трапеції; її можна розв'язати і теоремою Піфагора, і через тригонометричні співвідношення.
Стратегія для завдання «логічні пари»
Коли бачиш завдання на відповідність з геометричним малюнком, дотримуйся такого плану:
Визнач величину, від якої залежать усі інші (найчастіше — гіпотенузу або один із катетів).
Знайди її й перевір обчислення — це «фундамент» для решти пар.
Послідовно обчисли решту відрізків, кожного разу звіряючи зі списком-довідкою (А–Д). У списку дві відповіді зайві — це нормально, не намагайся використати всі.
Заповни пари. Кожна правильна пара дає 1 бал, тож три вірні збіги — це 3 бали з 3 можливих.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Як не переплутати протилежний і прилеглий катети?
Поглянь на вершину кута. Протилежний катет — це той, що не дотикається до цієї вершини: він лежить навпроти кута. Прилеглий катет виходить із вершини кута (разом із гіпотенузою). Наприклад, для кута A в трикутнику ABC (∠C = 90°) катет AC дотикається до A — він прилеглий, а BC не дотикається — він протилежний.
Чому синус гострого кута завжди менший за 1?
Синус — це відношення катета до гіпотенузи. У прямокутному трикутнику кожен катет коротший за гіпотенузу (бо гіпотенуза — найдовша сторона). Тому дріб (катет / гіпотенуза) завжди менший за 1. Те саме стосується косинуса.
Навіщо вчити таблицю значень, якщо вона є в довідці?
У довідці таблиця подана в радіанах (π/6, π/4, π/3), і деякі учні плутають радіани з градусами або витрачають час на пошук. Якщо ти знаєш напам'ять, що sin 30° = 1/2, cos 45° = √2/2 тощо, ти виконуєш обчислення за 10–15 секунд замість 30–40. На НМТ кожна хвилина має значення.
Як знайти косинус, якщо відомий лише синус?
Скористайся основною тригонометричною тотожністю sin²α + cos²α = 1. Звідси cos²α = 1 − sin²α. Добуваємо квадратний корінь і беремо додатне значення (бо для гострого кута косинус додатний). Наприклад, sin α = 5/13 → cos²α = 1 − 25/169 = 144/169 → cos α = 12/13.
Чи залежить синус кута від розмірів трикутника?
Ні. Синус (і косинус, і тангенс) залежить лише від міри кута, а не від розмірів трикутника. Якщо два прямокутні трикутники мають однаковий гострий кут, вони подібні, тому відношення відповідних сторін у них однакові. Саме тому ми можемо знаходити сторони, знаючи лише кут і одну сторону.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
sin α = протилежний катет / гіпотенуза; cos α = прилеглий катет / гіпотенуза; tg α = протилежний / прилеглий.
Катет через гіпотенузу: a = c · sin α (протилежний), b = c · cos α (прилеглий); катет через катет: a = b · tg α.
Катет, що лежить проти кута 30°, дорівнює половині гіпотенузи.
Табличні значення: sin 30° = cos 60° = 1/2; sin 45° = cos 45° = √2/2; tg 45° = 1; sin 60° = cos 30° = √3/2; tg 60° = √3; tg 30° = √3/3.
Основна тригонометрична тотожність: sin²α + cos²α = 1.
Для додаткових кутів: sin(90° − α) = cos α; cos(90° − α) = sin α; tg(90° − α) = 1 / tg α.
Значення синуса, косинуса й тангенса залежать лише від кута, а не від розмірів трикутника.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. У прямокутному трикутнику ABC ∠C = 90°, AB = 13, BC = 5. Чому дорівнює sin A?
2. Гострий кут α прямокутного трикутника задовольняє умову sin α = 3/5. Знайдіть cos α.
3. Гострий кут α прямокутного трикутника задовольняє умову sin α = 5/13. Знайдіть tg α.
4. Гіпотенуза прямокутного трикутника дорівнює 14, а один з гострих кутів — 30°. Знайдіть катет, протилежний до цього кута.
5. У прямокутному трикутнику ABC ∠C = 90°, AC = 3, BC = 3√3. Знайдіть градусну міру кута A.
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 11 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест