Содержание: 
 
 
 
 
 
 
 
 

I Введение

Вступление

      Геометрия - одна из самых древних и интересных наук, занимающаяся изучением геометрических фигур. Наш мир невозможно представить без их существования. Эта наука имеет огромный запас различных теорем, которые постоянно применяются как при решении математических задач, так и в жизни. Больше всего меня заинтересовали теоремы синусов и косинусов, которые применяются при решении произвольных треугольников. Цель данного реферата  - уметь доказывать теоремы косинусов и синусов, применять их в решении задач, выбирать правильный ход решения при их использовании, знать, где данные теоремы применяются в жизни.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Треугольники

      Треугольником называется фигура, которая состоит из трёх точек, не лежащих на одной прямой, и трёх отрезков, попарно соединяющих эти точки. Точки называются вершинами треугольника, а отрезки - его сторонами.

Виды треугольников:

• Треугольник называется равнобедренным, если у него две стороны равны. Эти равные стороны называются боковыми сторонами, а третья сторона называется основанием треугольника.

• Треугольник, у которого все стороны равны, называется равносторонним или правильным.

• Треугольник называется прямоугольным, если у него есть прямой угол, то есть угол в 90°. Сторона прямоугольного треугольника, противолежащая прямому углу, называется гипотенузой, две другие стороны называются катетами.

• Треугольник называется остроугольным, если все три его угла – острые, то есть меньше 90°

• Треугольник называется тупоугольным, если один из его углов – тупой, то есть больше 90°.

      Бермудский  Треугольник - широко известная аномальная зона. Расположен он в границах между Бермудскими островами, Майями во Флориде и Пуэрто-Рико. Площадь Бермудского треугольника составляет свыше одного миллиона квадратных километров. Рельеф дна в этой акватории хорошо изучен. На шельфе, который составляет значительную часть этого дна, было проведено множество бурений с целью отыскать нефть и другие полезные ископаемые. Течение, температура воды в разное время года, ее соленость и движение воздушных масс над океаном - все эти природные данные занесены во все специальные каталоги. Этот район не особенно сильно отличается от других похожих географических мест. И, тем не менее, именно в районе Бермудского треугольника загадочно исчезали суда, а затем и самолеты.

      Выдвигаются различные гипотезы для объяснения этих исчезновений, от необычных погодных явлений до похищений инопланетянами. Скептики утверждают, однако, что исчезновения судов в бермудском треугольнике происходят не чаще, чем в других районах мирового океана и объясняются естественными причинами. Морские и воздушные суда погибают и в других районах земного шара, иногда бесследно. Неисправность радио или внезапность катастрофы может помешать экипажу передать сигнал бедствия. Поиск обломков в море — непростая задача, особенно в шторм или когда место катастрофы точно неизвестно. Если учесть очень оживлённое движение в районе бермудского треугольника, частые циклоны и штормы, большое количество отмелей, количество случившихся здесь катастроф, которые так и не получили объяснения, не является необычно большим.

      Впервые о «таинственных исчезновениях» в бермудском треугольнике упомянул корреспондент Associated Press Джонс, в 1950 году он назвал этот район «морем дьявола». Автором словосочетания «бермудский треугольник» обычно считают Винсента Гладдиса, опубликовавшего в 1964 году в одном из журналов, посвящённых спиритизму, статью «Смертоносный бермудский треугольник».

       Египетский  треугольник — прямоугольный треугольник с соотношением сторон 3:4:5.

     Особенностью  такого треугольника, известной ещё  со времён античности, является то, что при таком отношении сторон теорема Пифагора даёт целые квадраты как катетов, так и гипотенузы, то есть 9:16:25. Египетский треугольник является простейшим (и первым известным) из Героновых треугольников — треугольников с целочисленными сторонами и площадями.

     Название  треугольнику с таким отношением сторон дали эллины: в VII - V веках до н. э. греческие философы и общественные деятели активно посещали Египет. Так, например, Пифагор в 535 до н. э. по настоянию Фалеса для изучения астрономии и математики отправился в Египет — и, судя по всему, именно попытка обобщения отношения квадратов, характерного для египетского треугольника, на любые прямоугольные треугольники и привела Пифагора к доказательству знаменитой теоремы.

     Египетский  треугольник с соотношением сторон 3:4:5 активно применялся для построения прямых углов землемерами и архитекторами.

     Для построения прямого угла использовался  шнур или верёвка, разделённая отметками (узлами) на 12 (3+4+5) частей: треугольник, построенный натяжением такого шнура, с весьма высокой точностью оказывался прямоугольным и сами шнуры-катеты являлись направляющими для кладки прямого угла сооружения.

      В архитектуре средних веков египетский треугольник применялся для построения схем пропорциональности.

II Основная часть

Общие сведения о тригонометрических функциях

    Тригонометрия – слово греческое и в буквальном переводе означает измерение треугольников.

    В данном случае измерение треугольников  следует понимать как решение  треугольников, т.е. определение сторон, углов и других элементов треугольника, если даны некоторые из них. Большое  количество практических задач, а также задач планиметрии, стереометрии, астрономии и других приводятся к задаче решения треугольников.

    Возникновение  тригонометрии связано с землемерением, астрономией и строительным делом. Хотя название науки возникло сравнительно недавно, многие относимые сейчас к тригонометрии понятия и факты были известны ещё две тысячи лет назад.

     Впервые способы  решения треугольников, основанные на зависимостях между сторонами  и углами треугольника, были найдены  древнегреческими астрономами Гиппархом (2 в. до н. э.) и Клавдием Птолемеем (2 в. н. э.). Позднее зависимости между отношениями сторон треугольника и его углами начали называть тригонометрическими функциями.

    Длительную  историю имеет понятие синус. Фактически различные отношения отрезков треугольника и окружности (а по существу, и тригонометрические функции) встречаются уже в III веке до н.э. в работах великих математиков Древней Греции – Евклида, Архимеда, Апполония Пергского. В римский период эти отношения достаточно систематично исследовались Менелаем (I век н.э.), хотя и не приобрели специального названия.  Современный синус a, например, изучался как полухорда, на которую опирается центральный угол величиной a, или как хорда удвоенной дуги. В IV-V веках появился уже специальный термин в трудах по астрономии великого индийского учёного Ариабхаты, именем которого назван первый индийский спутник Земли. Отрезок АМ он назвал ардхаджива (ардха – половина, джива – тетива лука, которую напоминает хорда). Позднее появилось более краткое название джива. Арабскими математиками  в IX веке это слово было заменено на арабское слово джайб (выпуклость). При переводе арабских математических текстов в веке оно было заменено латинским синус (sinus – изгиб, кривизна).

    Слово косинус намного моложе. Косинус – это сокращение латинского выражения completely sinus, т. е. “дополнительный синус” (или иначе “синус дополнительной дуги”; cosa =  sin(90° - a)). Тангенсы возникли в связи с решением задачи об определении длины тени. Тангенс (а также котангенс) введен в X веке арабским математиком Абу-ль-Вафой, который составил и первые таблицы для нахождения тангенсов и котангенсов. Однако эти открытия долгое время оставались неизвестными европейским ученым, и тангенсы были заново открыты лишь в XIV веке немецким математиком, астрономом Регимонтаном (1467 г.). Он доказал теорему тангенсов.  Региомонтан составил также подробные тригонометрические таблицы; благодаря его трудам плоская и сферическая тригонометрия стала самостоятельной дисциплиной и в Европе.

    Современные обозначения синуса и косинуса знаками sin и cos были впервые введены в 1739 г. швейцарским математиком Иоганном Бернулли в письме к Леонарду Эйлеру, который и стал употреблять их в своих математических работах. Эйлер ввел также обозначения для функций угла х: tg x, ctg x, sec x, cosec x. 

Синус, косинус, тангенс, котангенс. 

• Синусом острого угла прямоугольного треугольника называется отношение противолежащего катета к гипотенузе (AB/OB).
• Косинусом острого угла прямоугольного треугольника называется отношение прилежащего катета к гипотенузе (ОА/OB).
• Тангенсом острого угла прямоугольного треугольника называется отношение противолежащего катета к прилежащему катету (AB/OA).
• Котангенсом острого угла прямоугольного треугольника называется отношение прилежащего катета к противолежащему катету (ОА/AB).

Значения тригонометрических функций.

Значения тригонометрических функций для некоторых углов.

Значения косинуса и синуса на окружности. 

Свойства тригонометрических функций

      Так как синус и косинус являются соответственно ординатой и абсциссой  точки, соответствующей на единичной  окружности углу α то, согласно уравнению единичной окружности или основному тригонометрическому тождеству, имеем:

      Деля  это уравнение на квадрат косинуса и синуса соответственно, имеем далее:

Формулы приведения:

sin (90° - α) = cos α

cos (90° - α) = sin α

sin (180° - α) = sin α

 cos(180° - α) = - cos α

Чётность  и нечетность функций.

      Чётная  функция- функция y = f(x) называется чётной, если область её определения симметрична относительно 0 и для любого значения аргумента Х верно равенство

f(-x) = f(x)

     Нечётная  функция- функция, область её определения симметрична относительно 0 и для любого значения аргумента Х верно равенство

f(-x) = -f(x)

Косинус — единственная чётная функция. Остальные три функции — нечётные, то есть:

Теоремы

Теорема о площади треугольника:

Дано:

∆ АВС, АВ= с, ВС = a, СА = b, h-высота

Доказать:

S = ½ ab sin C

Доказательство:

        Введём систему координат с началом в точке С так, чтобы точка В лежала на положительной полуоси Сх, а точка А имела положительную ординату. Площадь данного треугольника можно вычислить по формуле S = ½ ah, где h – высота треугольника. Но h равна ординате точки А, т.е. h= b sin C (т.к. sin C = h/b) => S = ½ ab sin C

                                                                                                                    Ч.т.д. 
 
 
 
 
 

 Теорема синусов:

Дано:

∆АВС АВ= с, ВС= а, СА= b

Доказать:

a/ sinA = b/ sin B = c/ sinC

Доказательство:

По теореме  о площади треугольника  S= ½ ab sinC, S = ½ bc sinA,       S= ½ ac sinB.                                                                                                                

Из первых двух равенств получаем ½ ab sinC = ½ bc sinA,

 ½ ab sinC = ½ bc sinA  │ : ½ b

a sinC = c sinA │: sinA sinC

a/sinA = c/sinC

Точно также  из второго и третьего равенства  получаем

½ bc sinA = ½ ac sinB │: ½ c

b sinA = a sinB  │: sinA sinB

b/sinB = a/sinA

Так как a/sinA = c/sinC и b/sinB = a/sinA, то a/sinA= b/sinB= c/sinC.

                                                                                                      Ч.т.д.

Замечание:

Отношение стороны треугольника к синусу противолежащего

угла равно  диаметру описанной окружности.

a/sinA= b/sinB= c/sinC= 2R

Дано:

R – радиус описанной окружности, ВС = a, BA1 - диаметр

Доказать:

BC/sinA = 2R (BC=2R sinA)

Доказательство:

      Проведем  диаметр ВА1. Рассмотрим ∆А1ВС, ∟С - прямоугольный => ВС=ВА1×sinA1. Если т.А1 лежит на дуге ВАС, то ∟А1=∟А, если на дуге BDC, то ∟A1= 180°  - ∟A. И в том, и в другом случае sinA1 = sinA => BC= BA1*sinA,  BC= 2R sinA или BC/sinA= 2R.   

                                                                                                                Ч.т.д.

Теорема косинусов:

Дано: 
∆АВС АВ= с, ВС= а, СА= b

Доказать:

a² = b² + c² − 2bc cosα

Доказательство: 

      Введем  систему координат с началом  в точке А. Точка В имеет координаты (с; 0), а точка С(b cosA; b sinA). По формуле расстояния между двумя точками d2 = (x2 – x1)2 + (y2 – y1)2 получаем:

ВС²  = a²  = (b cosA – c)² +( b sin А- 0) ², 

a ²= b²cos2A - 2bc cosA + c² + b² sin²A,

a²= b² (cos2A + sin2A) + c²- 2bc cosA,

a²= b²+ c² – 2bc cosA.

                                                                                                    Ч.т.д.

Обобщенная  теорема Пифагора.

      Теорему косинусов называют иногда обобщенной теоремой Пифагора. Такое название объясняется тем, что в теореме  косинусов содержится как частный  случай теорема Пифагора. В самом  деле, если в ∆АВС ∟А прямой, то cosA = cos 90° = 0 и по a² = b² + c² − 2bccosα  получаем:

                                                  a² = b² + c² , 

т.е. квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катета.

Задачи

№1

      Решение треугольника по двум сторонам и углу между ними.

Дано:

a = 7 см, b = 23 cм, ∟C = 130°                         

Найти: с, ∟А, ∟В

Решение:

c² = a² + b² − 2bc cosC

с = √49 + 529 - 2×7×23×(-0,643)» 28

cos A = b² + c² − a² / 2bc

cos A = (529 + 784 – 49) / 2 ×23× 28 » 0,981

∟А » 11°

∟В = 180° - (∟А+∟C) = 180°- (11°+130°) » 39°

Ответ: c» 28, ∟А » 11°, ∟B » 39°.

№2

      Решение треугольника по стороне и прилежащим к ней углам.

Дано:

а=20 см, ∟А=75°, ∟В=60° 

Найти: ∟C, b, c

Решение:

∟C= 180-(60°+75°) = 45°

a/sin A = b/sin B = c/sin C                                     

b = a× (sin B/ sin A)

b » 20×(0,866/ 0,966)»17,9

c = a× (sin C/ sin A)

c = 20×(0,7/ 0,966)»14,6

Ответ: ∟C=45°, b » 17,9 см, c » 14,6 см.

№3

      Решение треугольника по трем сторонам.

Дано:

а=7 см, b=2 см, с=8 см

Найти: ∟А, ∟В, ∟С.                                          

Решение:

cos A = (4 + 64 – 49) / 2 ×  2 ×  8 » 0,981

∟А» 54°

cos B = (49 + 64 – 4) / 2  × 7  × 8 » 0,973

∟В» 13°

∟С = 180° - (54° + 13°) = 113°

Ответ: ∟А» 54°, ∟В» 13°, ∟С = 113°

№4

      Измерение высоты предмета.

      Предположим, что требуется определить высоту АН какого – то предмета. Для этого  отметим точку В на определённом расстоянии а от основания Н предмета и измерим ∟АВН=a. По этим данным из прямоугольного треугольника АНВ находим высоту предмета:              АН = а tg a.                                 

      Если  основание предмета недоступно, то можно поступить так: на прямой, проходящей через основание Н предмета, отметим  две точки В и С на определенном расстоянии а друг от друга и измерим углы АВН и АСВ: ∟АВН = a, ∟АСВ = b, ∟ВАС = a –b. Эти данные позволяют определить все элементы треугольника АВС; по теореме синусов находим АВ:             АВ = a sinb / sin (a –b). Из прямоугольного треугольника АВН находим высоту АН предмета: