Традиционная методическая схема изучения тригонометрических функций:
· в начале определяются тригонометрические функции для острого угла прямоугольного треугольника;
· затем введенные понятия обобщаются для углов от до
;
· тригонометрические функции определяются для произвольных угловых величин и действительных чисел.
В курсе алгебры и начала анализа осуществляется заключительный этап изучения, который включает:
a) Закрепление представлений учащихся о радианной мере угла; отработка навыков перехода от градусной меры к радианной и наоборот;
b) Формирование представлений об углах с градусной мерой, большей ; формирование представлений об углах с положительной и отрицательной градусными мерами; перевод этих градусных мер в радианы (положительные и отрицательные действительные числа);
c) Описание тригонометрических функций на языке радианной меры угла;
d) Утверждение функциональной точки зрения на ,
, и
(трактовка
,
, и
как функций действительного аргумента, установление области определения, области значений, построение графика функции, установление промежутков монотонности, знакопостоянства и т.д.);
e) Повторение известных и ознакомление с новыми тригонометрическими тождествами, ключом которых является тождество ;
f) Применение тригонометрических тождеств в тождественных преобразованиях и при решении задач по стереометрии.
В курсе "Алгебра 9" учащиеся знакомятся с функциональной точкой зрения. Выражения и
определимы при
, т.к
угла поворота можно найти соответствующее значение дробей
и
. Выражение
имеет смысл при
, кроме углов поворота
,
, …, т.к. имеет смысл дробь
.
Каждому допустимому значению соответствует единственное значение
,
,
и
. Поэтому
,
,
и
являются функциями угла
. Их называют тригонометрическими функциями.
Учащиеся знакомятся со следующими общефункциональными свойствами этих функций:
1. область значения и
-
, для
и
- множество всех действительных чисел
2. промежутки знакопостоянства: , то значит
зависит от знака
и т.д.
3. ,
и
являются нечетными функциями, а
является четной функцией
4. при изменении угла на целое число оборотов значение ,
,
,
не изменится (под обратным понимаем поворот на
).
Введение радианной меры угла основывается на том факте, что отношения длины окружности к её радиусу постоянно для данного центрального угла и не зависит от выбора концентрических окружностей. По этой причине меру центрального угла можно охарактеризовать действительным числом . Если
положить равным 1, то радианная мера центрального угла равна 1, т.е.
.
Тогда для каждого угла, заданного в градусах, достаточно вычислить соответствующую дугу единичной окружности. Длина такой дуги будет выражать меру данного угла в радианах.
Радианная мера угла позволяет любому действительному числу поставить в соответствие определенную градусную меру угла по формуле: , где
.
Переход от радианной меры угла к действительному числу осуществляется на основании того, что . Учащимся следует показать изменение величин углов по координатным углам:
1 четверть: ,
;
2 четверть: ,
;
и т.д.
Определение тригонометрической функции выглядит так:
Опр. Окружность радиуса 1 с центром в начале координат называют единичной
окружностью. Пусть точка единичной окружности получена при повороте точки
на угол в
радиан. Ордината точки
- это синус угла
. Числовая
функция, заданная формулой
, называется синусом числа, каждому числу
ставится в соответствие число
.
Устанавливаются области определения и значения функций, напоминаются свойства:
;
.
Построим график функции на
.
Делим единичную окружность и отрезок на 16 равных частей.
Через точку проводим прямую, параллельную
. Проводим прямую
до пересечения с построенной прямой. Получим одну из точек графика функции
, называемого синусоидой.
Отрезок оси
, с помощью которого находятся значения синуса, называется линией синусов.
Для построения графика синуса вне этого отрезка заметим, что . Поэтому во всех точках вида
, где
, значения синуса совпадают, и, следовательно, график синуса на всей прямой получается из построенного графика с помощью параллельных переносов его вдоль оси
.
Для построения графика косинуса следует вспомнить, что . Следовательно, значение косинуса в произвольной точке
равно значению синуса в точке
. Это значит, что график косинуса получается из графика синуса с помощью параллельного переноса на расстояние
в отрицательном направлении оси
. Поэтому график функции
также является синусоидой.
Для функций и
определяется аналогично. Область определения
- множество всех чисел, где
.
Построение графика: проведем касательную к единичной окружности в точке
.
Пусть произвольное число, для которого
. Тогда точка
не лежит на оси ординат, и, следовательно, прямая
пересекает
в некоторой точке
с абсциссой 1. Найдем ординату этой точки. Для этого заметим, что прямая
проходит через точки
и
. Поэтому она имеет уравнение
.
Абсцисса точки , лежащей на этой прямой, равна 1. Из уравнения прямой
находим, что ордината точки
равна
. Итак, ордината точки пересечения прямых
и
равна
. Поэтому прямую
называют линией тангенсов.
Нетрудно доказать, что абсцисса точки
пересечения прямой
с касательной m к единичной окружности, проведённой через точку
, равна
при
.
Поэтому прямую m называют линией котангенсов.
Область значений - вся числовая прямая. Докажем это для функции
. Пусть
- произвольное действительное число. Рассмотрим точку
. Как только что было показано,
равен
. Следовательно, функция
принимает любое действительное значение
, ч.т.д.
Построение графика аналогично построению .
Можно построить схему, позволяющую изобразить график тригонометрических функций:
1) Начертить единичную окружность, горизонтальный диаметр которой служит продолжением оси . Разделить её на равные части (например,16).
2) Для функции выбираем отрезок
, для функции
-
и делим их на то же равное число частей.
3) По окружности находим соответствующее число значений этих функций.
4) Точки пересечения горизонтальных линий, отвечающих значениям функций и вертикальных линий, отвечающих значениям аргумента, представляют собой точки графика.