Значення й знаки синуса, косинуса й тангенса за чвертями
~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Визначаємо знаки sin α, cos α і tg α за чвертями одиничного кола, користуємося табличними значеннями для кутів 0°–360° і знаходимо значення для кутів інших чвертей за симетрією точок на колі.
Ти вже знаєш, що на одиничному колі кожному куту α відповідає точка Pα з координатами (cos α; sin α). Але що таке тангенс і чому він не завжди існує? Розберімося.
Тангенс кута
Тангенсом кута α називають відношення ординати точки Pα до її абсциси. Інакше кажучи:
Оскільки в знаменнику стоїть косинус, тангенс існує лише тоді, коли cos α ≠ 0. А коли косинус дорівнює нулю? Це трапляється в точках, де абсциса точки на одиничному колі дорівнює нулю, — на вертикальній осі. Таким кутам відповідають кути виду α = π/2 + πk, тобто 90°, 270°, 450° тощо. Отже:
tg α не існує при α = π/2 + πk, де k ∈ Z (тобто для 90°, 270°, −90° тощо).
Наприклад, tg 90° або tg π/2 не можна обчислити — таких значень у таблиці немає.
Котангенс кута (профільний рівень)
Котангенс — це обернене відношення:
Він існує, коли sin α ≠ 0, тобто для всіх кутів, крім α = πk (0°, 180°, 360° тощо). У програмі котангенс позначено як вимогу профільного рівня. НМТ складають за повною програмою, тож завдання з котангенсом можливі, хоча в довідці формул для нього немає.
Межі значень синуса, косинуса й тангенса
Поглянь на одиничне коло: його радіус дорівнює 1, тому координати будь-якої точки Pα (cos α; sin α) за модулем не можуть перевищувати 1. Звідси випливають дві важливі нерівності:
Це означає, що рівняння на зразок sin α = 1,2 або cos α = −2 не мають розв’язків — таких значень просто не існує. Натомість тангенс може набувати будь-якого дійсного значення, адже він є відношенням двох чисел, кожне з яких не перевищує 1 за модулем, але ділення дає довільний результат.
Функція | Множина значень | Пояснення |
|---|---|---|
sin α | [−1; 1] | ордината точки на одиничному колі |
cos α | [−1; 1] | абсциса точки на одиничному колі |
tg α | всі дійсні числа (R) | відношення sin до cos |
Знак тригонометричної функції залежить від того, в якій чверті лежить кут α. На одиничному колі чверті нумерують від I до IV проти годинникової стрілки, починаючи з додатної півосі Ox.
Як визначити знак?
Синус — це ордината точки, тому він має знак «+» у тих чвертях, де y > 0, тобто в I і II чвертях. Косинус — це абсциса, тому він додатний там, де x > 0, — у I і IV чвертях. Тангенс (і котангенс) додатний, коли sin α і cos α мають однакові знаки, — це I і III чверті.
Ось межі чвертей у градусах і радіанах:
Чверть | Градуси | Радіани |
|---|---|---|
I | 0°–90° | 0 – π/2 |
II | 90°–180° | π/2 – π |
III | 180°–270° | π – 3π/2 |
IV | 270°–360° | 3π/2 – 2π |
А ось знаки тригонометричних функцій за чвертями:
Чверть | sin | cos | tg / ctg |
|---|---|---|---|
I | + | + | + |
II | + | − | − |
III | − | − | + |
IV | − | + | − |
Запам’ятай мнемонічне правило:
I — усі додатні, II — лише sin, III — tg і ctg, IV — лише cos.
Знак добутку або частки
На НМТ часто питають знак виразу на зразок cos 3 · tg 2. Кути 2 і 3 — це радіани. Нагадаємо: π ≈ 3,14, π/2 ≈ 1,57. Отже, 1,57 < 2 < 3,14 і 1,57 < 3 < 3,14 — обидва кути лежать у II чверті, тому cos 3 < 0 і tg 2 < 0. Добуток двох від’ємних чисел додатний, тому cos 3 · tg 2 > 0.
Інший приклад: sin 200° · cos 100°. Кут 200° — III чверть (180° < 200° < 270°), sin 200° < 0. Кут 100° — II чверть, cos 100° < 0. Добуток від’ємних чисел додатний.
Чверть за знаками функцій
Іноді треба визначити чверть, знаючи знаки функцій. Наприклад:
Якщо sin α > 0 і cos α < 0 — це II чверть (синус додатний, косинус від’ємний).
Якщо tg α < 0 і sin α < 0 — це IV чверть (синус від’ємний, тангенс від’ємний — отже, косинус додатний).
Кути 0°, 30°, 45°, 60°, 90° (і відповідні їм радіани 0, π/6, π/4, π/3, π/2) називають табличними — їхні значення sin, cos і tg треба знати напам’ять. На НМТ ці значення є в довідці, але користуватися нею без розуміння небезпечно: легко сплутати, яке число до якої функції належить.
Синус і косинус основних кутів
Поглянь на таблицю. Зверни увагу: косинус тих самих кутів дає ті самі числа, що й синус, але у зворотному порядку.
α | 0 | π/6 (30°) | π/4 (45°) |
|---|---|---|---|
sin α | 0 | 1/2 | √2/2 |
cos α | 1 | √3/2 | √2/2 |
tg α | 0 | √3/3 | 1 |
Продовження таблиці для кутів 60° та 90°:
α | π/3 (60°) | π/2 (90°) |
|---|---|---|
sin α | √3/2 | 1 |
cos α | 1/2 | 0 |
tg α | √3 | не існує |
Кути на осях координат
Окремо варто розглянути кути, що лежать на осях, — тобто кратні 90°:
Кут | sin | cos | tg |
|---|---|---|---|
π (180°) | 0 | −1 | 0 |
3π/2 (270°) | −1 | 0 | не існує |
2π (360°) | 0 | 1 | 0 |
Як не сплутати sin 30° і cos 30°?
На відрізку від 0 до π/2 синус зростає (від 0 до 1), а косинус спадає (від 1 до 0). Тому sin 30° = 1/2 — це менше, ніж √3/2 = sin 60°. А cos 30° = √3/2 — це більше, ніж 1/2 = cos 60°. Запам’ятай: sin 30° = 1/2, cos 30° = √3/2.
У попередньому розділі ти вивчив значення для кутів першої чверті. Але як знайти sin 210°, cos 5π/4 або sin(−π/3), якщо цих кутів немає в таблиці довідки? Відповідь дає симетрія точок на одиничному колі.
Симетрія на одиничному колі
Точки, що відповідають кутам π − α, π + α і −α, симетричні точці кута α відносно осі Oy, початку координат і осі Ox відповідно. Тому модулі їхніх координат (тобто |sin| і |cos|) ті самі, що й для кута α. Змінюється лише знак — його визначає чверть, у якій лежить кут.
Алгоритм
Визнач, у якій чверті лежить кут.
Знайди гострий кут між променем і віссю Ox (найближча горизонтальна вісь).
Візьми табличне значення для цього гострого кута.
Постав знак «+» або «−» залежно від чверті.
Розглянемо приклади.
Приклад: sin 210°
210° = 180° + 30°. Це III чверть, де синус від’ємний. Гострий кут з віссю Ox — 30°. sin 30° = 1/2. Зі знаком III чверті: sin 210° = −1/2.
Приклад: cos 5π/4
5π/4 = π + π/4. III чверть, косинус від’ємний. cos(π/4) = √2/2. Отже, cos 5π/4 = −√2/2.
Приклад: tg 150°
150° = 180° − 30°. II чверть, тангенс від’ємний. tg 30° = √3/3. Отже, tg 150° = −√3/3.
Від’ємні кути
Від’ємні кути відкладають за годинниковою стрілкою. Їхні точки симетричні відносно осі Ox. Звідси прості правила:
Приклад: sin(−π/3) = −sin(π/3) = −√3/2. cos(−π/3) = cos(π/3) = 1/2.
Кути, більші за 360° (2π)
Якщо кут більший за 360°, спершу відкинь повні оберти (360° або 2π). Наприклад:
sin 390° = sin(390° − 360°) = sin 30° = 1/2
cos 7π/3 = cos(7π/3 − 2π) = cos(π/3) = 1/2
Розгляньмо типові завдання НМТ, які перевіряють уміння визначати знаки й значення тригонометричних функцій.
Приклад 1. Обчислення sin 210°
Завдання: обчислити sin 210°.
Розв’язання. Кут 210° лежить у III чверті (оскільки 180° < 210° < 270°). У III чверті синус від’ємний. Гострий кут між променем 210° і віссю Ox: 210° − 180° = 30°. Табличне значення sin 30° = 1/2. Зі знаком III чверті маємо sin 210° = −1/2.
Відповідь: −1/2.
Чому інші варіанти неправильні?
1/2 — не враховано, що в III чверті синус від’ємний.
−√3/2 — сплутано sin 30° і cos 30°: cos 30° = √3/2, а не sin 30°.
√3/2 — і помилка зі знаком, і сплутано sin і cos.
−1 — значення sin 270°, а не sin 210°.
Приклад 2. Знак добутку cos 3 · tg 2
Завдання: визначити знак виразу cos 3 · tg 2.
Розв’язання. Кути задано в радіанах. Нагадаймо: π ≈ 3,14, π/2 ≈ 1,57. Маємо 1,57 < 2 < 3,14 і 1,57 < 3 < 3,14, отже, обидва кути (2 рад і 3 рад) лежать у II чверті. У II чверті cos < 0 і tg < 0, тому cos 3 < 0 і tg 2 < 0. Добуток двох від’ємних чисел додатний. Тому cos 3 · tg 2 > 0.
Відповідь: додатний.
Приклад 3. Логічні пари: вираз — значення
Завдання: встанови відповідність між виразом (1–3) і його значенням (А–Д):
Вирази: 1) cos 150°; 2) tg 225°; 3) sin(−π/6).
Значення: А) −√3/2; Б) 1; В) −1/2; Г) √3/2; Д) −1.
1) cos 150° = cos(180° − 30°): II чверть, косинус від’ємний, тому cos 150° = −cos 30° = −√3/2. Це значення А.
2) tg 225° = tg(180° + 45°): III чверть, тангенс додатний, тому tg 225° = tg 45° = 1. Це значення Б.
3) sin(−π/6) = −sin(π/6) = −1/2. Це значення В.
Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В.
Приклад 4. Обчислення виразу
Завдання: обчислити 2 sin(π/6) − √3 · tg(π/3) + cos π.
Розв’язання. Знайдемо кожен доданок окремо:
sin(π/6) = 1/2, тому 2 sin(π/6) = 2 · 1/2 = 1.
tg(π/3) = √3, тому √3 · tg(π/3) = √3 · √3 = 3.
cos π = −1.
Підставляємо: 1 − 3 + (−1) = −3.
Відповідь: −3.
Чому інші варіанти неправильні?
−1 — cos π узято за 1, а треба −1.
−2 — cos π узято за 0.
3 — доданок √3 · tg(π/3) = 3 додано замість віднімання: 1 + 3 − 1 = 3; 1 — tg(π/3) узято за √3/3, а cos π — за 1: 1 − 1 + 1 = 1.
Розгляньмо найпоширеніші помилки, яких припускаються учні під час роботи з тригонометричними функціями. Уникнувши їх, ти впевнено розв’яжеш завдання НМТ.
Сплутано sin 30° і cos 30°: sin 30° = 1/2, а cos 30° = √3/2. Запам’ятай: на відрізку [0; π/2] синус зростає, тому sin 30° менший за sin 60°, а косинус — спадає, тому cos 30° більший за cos 60°.
Для кута іншої чверті поставлено знак першої. Наприклад, sin 210° = 1/2 (забули, що III чверть дає «−»). Завжди спершу визначай чверть і знак, а потім пиши число.
tg 90° = 0 або tg 90° = 1: це груба помилка. Тангенс 90° не існує, оскільки cos 90° = 0, а на нуль ділити не можна.
Сплутано точки на осях: cos π = 1 (насправді −1), sin 3π/2 = 1 (насправді −1). Координати точок на осях: (1; 0) — 0°, (−1; 0) — 180°, (0; −1) — 270°, (0; 1) — 90°.
Чверть кута 2 рад визначено так, ніби це 2°. Кут 2° лежить у I чверті, а кут 2 рад — у II чверті, бо π/2 ≈ 1,57, а π ≈ 3,14. Не плутай радіани з градусами!
cos(−α) = −cos α — це неправильно. Косинус — парна функція: cos(−α) = cos α. Наприклад, cos(−60°) = cos 60° = 1/2, а не −1/2.
Означення синуса, косинуса й тангенса числового аргументу належать до теми 1.3 програми НМТ з математики. Котангенс у програмі позначено як вимогу профільного рівня, але НМТ складають за повною програмою, тож і він може трапитися.
У довідці, яку надають на тестуванні, є таблиця значень sin, cos і tg для кутів 0, π/6, π/4, π/3, π/2, π, 3π/2, 2π. Однак значення для кутів інших чвертей (наприклад, 210°, 5π/4, −π/3) треба вміти отримувати самостійно — за чвертю й знаком.
Формати завдань на НМТ:
У завданнях № 4–15 — вибір однієї відповіді з п’яти (А–Д). Кожне таке завдання оцінюють у 0 або 1 бал. Типове формулювання: «Обчислити sin 210°» або «Визначити знак виразу cos 3 · tg 2».
У завданні № 17 — «логічні пари»: установити відповідність між тригонометричними виразами (1–3) та їхніми значеннями (А–Д). За нього можна отримати 0, 1, 2 або 3 бали.
Табличні значення тригонометричних функцій потрібні не лише в окремих завданнях на обчислення, а й під час розв’язування тригонометричних рівнянь. Наприклад, у демонстраційному варіанті НМТ 2026 року завдання № 11 перевіряло вміння знаходити корені рівняння на заданому проміжку, що вимагало знання табличних значень.
Стратегія: спочатку визнач чверть, потім знак, потім табличне значення. Не поспішай — кожен крок окремо.
Тут зібрано відповіді на запитання, які найчастіше виникають під час вивчення цієї теми.
Як швидко запам’ятати знаки тригонометричних функцій за чвертями?
Використовуй мнемонічне правило: «I — усі додатні, II — лише sin, III — tg і ctg, IV — лише cos». Або виведи знаки самостійно: sin — це ордината (y), cos — абсциса (x), а tg додатний там, де sin і cos мають однакові знаки.
Чому тангенс 90° не існує?
Тангенс визначають як відношення sin α / cos α. Для кута 90° (π/2) маємо sin 90° = 1, cos 90° = 0. Ділити на нуль не можна, тому tg 90° не існує. Те саме стосується кутів 270°, −90° і взагалі всіх кутів виду π/2 + πk.
Як знайти sin 210°, якщо в таблиці довідки такого кута немає?
За алгоритмом: 1) визнач чверть — 210° це III чверть; 2) знайди гострий кут з віссю Ox: 210° − 180° = 30°; 3) візьми табличне значення sin 30° = 1/2; 4) постав знак чверті: у III чверті синус від’ємний, тому sin 210° = −1/2.
Чи може синус дорівнювати 1,5?
Ні. Синус — це ордината точки на одиничному колі, а радіус кола дорівнює 1, тому ордината за модулем не перевищує 1. Отже, sin α завжди належить відрізку [−1; 1]. Значення 1,5 неможливе. Те саме стосується косинуса.
Як визначити знак cos 3, якщо кут заданий без π?
Кут 3 задано в радіанах. Порівняй з π ≈ 3,14: π/2 ≈ 1,57 < 3 < π ≈ 3,14, отже, кут 3 рад лежить у II чверті. У II чверті косинус від’ємний, тому cos 3 < 0. Завжди перевіряй, чи кут у градусах чи радіанах!
I чверть — усі функції додатні («+»), II — лише sin, III — tg і ctg, IV — лише cos.
tg α = sin α / cos α, не існує при α = π/2 + πk (cos α = 0).
|sin α| ≤ 1, |cos α| ≤ 1; тангенс може бути будь-яким числом.
Значення для кута будь-якої чверті = модуль табличного значення гострого кута з віссю Ox зі знаком цієї чверті.
cos(−α) = cos α (парна функція), sin(−α) = −sin α (непарна).
sin 30° = cos 60° = 1/2, sin 60° = cos 30° = √3/2, sin 45° = cos 45° = √2/2.
sin 0 = 0, sin π/2 = 1, sin π = 0, sin 3π/2 = −1, sin 2π = 0; cos 0 = 1, cos π/2 = 0, cos π = −1, cos 3π/2 = 0, cos 2π = 1.
tg 0 = 0, tg π/6 = √3/3, tg π/4 = 1, tg π/3 = √3; tg π/2 не існує.