Доклад тригонометрия в реальной жизни. Тригонометрические функции Применение тригонометрических уравнений в физике

Павлов Роман

Связь тригонометрии с окружающим миром, значение тригонометрии в решении многих практических задач, графические возможности тригонометрических функций позволяют «материализовать» знания школьников. Это позволяет лучше понять жизненную необходимость знаний, приобретаемых при изучении тригонометрии, повышает интерес к изучению данной темы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №10

с углубленным изучением отдельных предметов

Проект выполнил:

Павлов Роман

ученик 10б класса

Руководитель:

учитель математики

Болдырева Н.А

г. Елец, 2012

1.Введение.

3. Мир тригонометрии.

• Тригонометрия в физике.

• Тригонометрия в планиметрии.

3.2 Графические представления о превращении «мало интересных» тригонометрических функций в оригинальные кривые (с помощью компьютерной программы «Функции и графики»).

• Кривые в полярных координатах (Розетки).
• Кривые в декартовых координатах (Кривые Лиссажу).
• Математические орнаменты.

4. Заключение.

5. Список литературы.

Цель проекта - развитие интереса к изучению темы «Тригонометрия» в курсе алгебры и начала анализа через призму прикладного значения изучаемого материала; расширение графических представлений, содержащих тригонометрические функции; применение тригонометрии в таких науках, как физика, биология. Не последнюю роль она играет и в медицине, и, что самое интересное, без нее не обошлось даже в музыке и архитектуре.

Объект исследования - тригонометрия

Предмет исследования - прикладная направленность тригонометрии; графики некоторых функций, с использованием тригонометрических формул.

Задачи исследования:

1.Рассмотреть историю возникновения и развития тригонометрии.

2.Показать на конкретных примерах практические приложения тригонометрии в различных науках..

3.Раскрыть на конкретных примерах возможности использования тригонометрических функций, позволяющие «мало интересные» функции превращать в функции, графики которых имеют весьма оригинальный вид.

Гипотеза- предположения : Связь тригонометрии с окружающим миром, значение тригонометрии в решении многих практических задач, графические возможности тригонометрических функций позволяют «материализовать» знания школьников. Это позволяет лучше понять жизненную необходимость знаний, приобретаемых при изучении тригонометрии, повышает интерес к изучению данной темы.

Методы исследования - анализ математической литературы по данной теме; отбор конкретных задач прикладного характера по данной теме; компьютерное моделирование на основе компьютерной программы. Открытая математика «Функции и графики» (Физикон).

1. Введение

« Одно осталось ясно, что мир устроен

Грозно и прекрасно».

Н.Рубцов

Тригонометрия - это раздел математики, в котором изучаются зависимости между величинами углов и длинами сторон треугольников, а также алгебраические тождества тригонометрических функций. Сложно представить, но с этой наукой мы сталкиваемся не только на уроках математики, но и в нашей повседневной жизни. Вы могли не подозревать об этом, но тригонометрия встречается в таких науках, как физика, биология, не последнюю роль она играет и в медицине, и, что самое интересное, без нее не обошлось даже в музыке и архитектуре. Значительную роль в развитии навыков применения на практике теоретических знаний, полученных при изучении математики, играют задачи с практическим содержанием. Каждого изучающего математику, интересует как и где применяются полученные знания. Ответ на этот вопрос и дает данная работа.

2.История развития тригонометрии.

Слово тригонометрия составилось из двух греческих слов: τρίγονον (тригонон-треугольник) и и μετρειν (метрейн- измерять) в буквальном переводе означает измерение треугольников .

Именно эта задача- измерение треугольников или, как принято теперь говорить, решение треугольников, т.е. определение всех сторон и углов треугольника по трем его известным элементам (стороне и двум углам, двум сторонам и углу или трем сторонам)- с древнейших времен составляла основу практических приложений тригонометрии.

Как и всякая другая наука, тригонометрия выросла из человеческой практики, в процессе решения конкретных практических задач. Первые этапы развития тригонометрии тесно связаны с развитием астрономии. Большое влияние на развитие астрономии и тесно связанной с ней тригонометрии оказали потребности развивающегося мореплавания, для которого требовалось умение правильно определять курс корабля в открытом море по положению небесных светил. Значительную роль в развитии тригонометрии сыграла потребность в составлении географических карт и тесно связанная с этим необходимость правильного определения больших расстояний на земной поверхности.

Основополагающее значение для развития тригонометрии в эпоху ее зарождения имели работы древнегреческого астронома Гиппарха (середина II века до н.э.). Тригонометрия как наука, в современном смысле этого слова не было не только у Гиппарха, но и у других ученых древности, так как они еще не имели понятия о функциях углов и даже не ставили в общем виде вопроса о зависимости между углами и сторонами треугольника. Но по существу они, пользуясь известными им средствами элементарной геометрии, решали те задачи, которыми занимается тригонометрия. При этом основным средством получения нужных результатов было умение вычислять длины круговых хорд на основании известных соотношений между сторонами правильных трех-, четырех-, пяти- и десятиугольника и радиусом описанного круга.

Гиппарх составил первые таблицы хорд, т.е. таблицы, выражающие длину хорды для различных центральных углов в круге постоянного радиуса. Это были, по существу, таблицы двойных синусов половины центрального угла. Впрочем, оригинальные таблицы Гиппарха(как и почти все им написанное) до нас не дошли, и мы можем составить себе о них представление главным образом по сочинению « Великое построение» или (в арабском переводе) « Альмагест» знаменитого астронома Клавдия Птолемея , жившего в середине II века н.э.

Птолемей делил окружность на 360 градусов, а диаметр- на 120 частей. Он считал радиус равным 60 частям(60  ). Каждую из частей он делил на 60  , каждую минуту на 60  ,секунду на 60 терций (60  ) и т.д., применяя указанное деление, Птолемей выражал сторону правильного вписанного шестиугольника или хорду, стягивающую дугу в 60  в виде 60 частей радиуса(60 ч ), а сторону вписанного квадрата или хорду в 90  приравнивал числу 84 ч 51  10  .Хорду в 120  - сторону вписанного равностороннего треугольника- он выражал числом 103 ч 55  23  и т.д. Для прямоугольного треугольника с гипотенузой, равной диаметру круга, он записывал на основании теоремы Пифагора: (хорда  ) 2 +(хорда  180-  ) 2 =(диаметру) 2 , что соответствует современной формуле sin 2  +cos 2  =1.

«Альмагест» содержит таблицу хорд через полградуса от 0  до 180  , которая с нашей современной точки зрения представляет таблицу синусов для углов от 0  до 90  через каждые четверть градуса.

В основе всех тригонометрических вычислений у греков лежала известная еще Гиппарху теорема Птолемея : «прямоугольник, построенный на диагоналях вписанного в круг четырехугольника, равен сумме прямоугольников, построенных на противолежащих сторонах» (т.е. произведение диагоналей равно сумме произведений противоположных сторон). Пользуясь этой теоремой, греки умели (с помощью теоремы Пифагора) по хордам двух углов вычислить хорду суммы (или хорду разности) этих углов или хорду половины данного угла, т.е. умели получать результаты, которые мы получаем теперь по формулам синуса суммы(или разности) двух углов или половины угла.

Новые шаги в развитии тригонометрии связаны с развитием математической культуры народов Индии, Средней Азии и Европы (V-XII) .

Важный шаг вперед в период с V по XII век был сделан индусами, которые в отличие от греков стали рассматривать и употреблять в вычислениях уже не целую хорду ММ  (см. чертеж) соответствующего центрального угла, а только ее половину МР, т. е. то, что мы теперь называем линией синуса  - половины центрального угла.

Наряду с синусом индусы ввели в тригонометрию косинус, точнее говоря, стали употреблять в своих вычислениях линию косинуса. (Сам термин косинус появился значительно позднее в работах европейских ученых впервые в конце XVI в.из так называемого « синуса дополнения», т.е. синуса угла, дополняющего данный угол до 90  . «Синус дополнения» или (по латыни) sinus complementi стали сокращенно записывать как sinus co или co-sinus).

Им были известны также соотношения cos  =sin(90  -  ) и sin 2  +cos 2  =r 2 , а также формулы для синуса суммы и разности двух углов.

Следующий этап в развитии тригонометрии связан со странами

Средней Азии, Ближнего Востока, Закавказья(VII-XV в.)

Развиваясь в тесной связи с астрономией и географией,- среднеазиатская математика имела ярко выраженный « вычислительный характер» и была направлена на разрешение прикладных задач измерительной геометрии и тригонометрии, причем тригонометрия сформировалась в особую математическую дисциплину в значительной мере именно в трудах среднеазиатских ученых. Из числа сделанных ими важнейших успехов следует в первую очередь отметить введение всех шести тригонометрических линий: синуса, косинуса, тангенса, котангенса, секанса и косеканса, из которых лишь первые две были известны грекам и индусам.

Решая задачу об определении высоты Солнца S по тени b вертикально стоящего шеста a (см чертеж), сирийский астроном ал-Баттани (Хв.)пришел к выводу, что острый угол  в прямоугольном треугольнике определяется отношением одного катета к другому, и вычислил небольшую таблицу котангенсов через 1  . Точнее говоря, он вычислил длину тени b=a  =a  ctg  шеста определенной длины (а=12) для  =1  ,2  ,3  ……

Абу-ль-Вафа из Хоросана, живший в Х веке (940-998) , составил аналогичную «таблицу тангенсов», т.е. вычислил длину тени b=a  =a  tg  , отбрасываемой горизонтальным шестом определенной длины (а=60) на вертикальную стену (см. чертеж).

Следует отметить, что сами термины « тангенс» (в буквальном переводе- «касающийся») и «котангенс» произошли из латинского языка и появились в Европе значительно позднее (XVI-XVIIвв.). Среднеазиатские же ученые называли соответствующие линии «тенями»: котангенс-«первой тенью», тангенс- «второй тенью».

Абу-ль-Вафа дал совершенно точное геометрическое определение линии тангенса в тригонометрическом круге и присоединил к линиям тангенса и котангенса линии секанса и косеканса. Он же выразил (словесно) алгебраические зависимости между всеми тригонометрическими функциями и, в частности, для случая, когда радиус круга равен единице. Этот чрезвычайно важный случай был рассмотрен европейскими учеными на 300 лет позднее. Наконец, Абу-ль-Вафа составил таблицу синусов через каждые 10  .

В трудах среднеазиатских ученых тригонометрия превратилась из науки, обслуживающей астрономию, в особую математическую дисциплину, представляющую самостоятельный интерес.

Тригонометрия отделяется от астрономии и становится самостоятельной наукой. Это отделение обычно связывают с именем азербайджанского математика Насирэддина Туси (1201-1274).

Впервые в европейской науке стройное изложение тригонометрии дано в книге « О треугольниках разных родов» ,написанной Иоганном Мюллером , более известным в математике под именем Региомонтана(1436-1476). Он обобщает в ней методы решения прямоугольных треугольников и дает таблицы синусов с точностью до 0,0000001. При этом замечательно то, что он полагал радиус круга равным 10 000 000 или 10 000, т.е. выразил значения тригонометрических функций в десятичных дробях, перейдя фактически от шестидесятиричной системы счисления к десятичной.

Английский ученый XIV века Брадвардин (1290-1349) первый в Европе ввел в тригонометрические вычисления котангенс под названием «прямой тени» и тангенс под названием «обратной тени».

На пороге XVIIв. В развитии тригонометрии намечается новое направление- аналитическое. Если до этого главной целью тригонометрии считалось решение треугольников, вычисление элементов геометрических фигур и учение о тригонометрических функциях строилось на геометрической основе, то в XVII-XIX вв. тригонометрия постепенно становится одной из глав математического анализа. О свойствах периодичности тригонометрических функций знал еще Виет , первые математические исследования которого относились к тригонометрии.

Швейцарский математик Иоганн Бернулли (1642-1727) уже применял символы тригонометрических функций.

В первой половине XIXв. французский ученый Ж.Фурье доказал, что всякое периодическое движение может быть представлено в виде суммы простых гармонических колебаний.

Огромное значение в истории тригонометрии имело творчество знаменитого петербургского академика Леонарда Эйлера(1707-1783), он придал всей тригонометрии современный вид.

В своем труде «Введение в анализ»(1748 г.) Эйлер разработал тригонометрию как науку о тригонометрических функциях, дал ей аналитическое изложение, выведя всю совокупность тригонометрических формул из немногих основных формул.

Эйлеру принадлежит окончательное решение вопроса о знаках тригонометрических функций во всех четвертях круга, вывод формул приведения для общих случаев.

Введя в математику новые функции- тригонометрические, стало целесообразным поставить вопрос о разложении этих функций в бесконечный ряд. Оказывается, такие разложения возможны:

Sinx=x-

Cosx=1-

Эти ряды позволяют значительно облегчить составление таблиц тригонометрических величин и для нахождения их с любой степени точности.

Аналитическое построение теории тригонометрических функций, начатое Эйлером, было завершено в работах Н.И.Лобачевского, Гаусса, Коши, Фурье и других.

« Геометрические рассмотрения,- пишет Лобачевский,- необходимы до тех пор в начале тригонометрии, покуда они не послужат к открытию отличительного свойства тригонометрических функций…Отсюда делается тригонометрия совершенно независимой от геометрии и имеет все достоинства анализа».

В наше время тригонометрия больше не рассматривается как самостоятельная ветвь математики. Важнейшая ее часть-учение о тригонометрических функциях -является частью более общего, построенного с единой точки зрения учения о функциях, изучаемых в математическом анализе; другая же часть- решение треугольников -рассматривается как глава геометрии.

3.Мир тригонометрии.

3.1 Применение тригонометрии в различных науках.

Тригонометрические вычисления применяются практически во всех областях геометрии, физики и инженерного дела.

Большое значение имеет техника триангуляции, позволяющая измерять расстояния до недалеких звезд в астрономии, между ориентирами в географии, контролировать системы навигации спутников. Следует отметить применение тригонометрии в следующих областях: техника навигации, теория музыки, акустика, оптика, анализ финансовых рынков, электроника, теория вероятностей, статистика, биология, медицина (включая ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерная томография, фармацевтика, химия, теория чисел, сейсмология, метеорология, океанология, картография, многие разделы физики, топография, геодезия, архитектура, фонетика, экономика, электронная техника, машиностроение, компьютерная графика, кристаллография.

Тригонометрия в физике.

Гармонические колебания.

Когда какая-либо точка движется по прямой линии попеременно то в одну, то в другую сторону, то говорят, что точка совершает колебания.

Одним из простейших видов колебаний является движение по оси проекции точки М, которая равномерно вращается по окружности. Закон этих колебаний имеет вид x=Rcos(t+  ), (1).

где R-радиус окружности, Т-время одного оборота точки М, а число  показывает начальное положение точки на окружности. Такие колебания называют гармоническими или синусоидальными.

Из равенства (1) видно, что амплитуда гармонических колебаний равна радиусу окружности, по которой движется точка М, а частота этих колебаний равна .

Обычно вместо этой частоты рассматривают циклическую частоту  = , показывающую угловую скорость вращения, выраженную в радианах в секунду. В этих обозначениях имеем: x= R cos( t+  ). (2)

Число  называют начальной фазой колебания .

Изучение колебаний всякого рода важно уже по одному тому, что с колебательными движениями или волнами мы сталкиваемся весьма часто в окружающем нас мире и с большим успехом используем их (звуковые волны, электромагнитные волны).

Механические колебания.

Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно (или приблизительно) через одинаковые промежутки времени. Примерами простых колебательных систем могут служить груз на пружине или маятник. Возьмем, например, гирю, подвешенную на пружине (см.рис.) и толкнем ее вниз. Гиря начнет колебаться вниз и вверх. Как показывают расчеты, отклонение гири от положения равновесия выражается формулой s= sin  t.

Здесь v 0 -скорость, с которой мы толкнули гирю,а  = , где m-масса гири,k- жесткость пружины(сила, которая нужна, чтобы растянуть пружину на 1 см).

Если мы сначала оттянем гирю на s 0 см,а потом толкнем ее со скоростью v 0 , то она будет совершать колебания по более сложному закону: s=Asin( t+  ) (2).

Расчеты показывают, что амплитуда А этого колебания равна ,а число таково, что tg  = . Из-за слагаемого  это колебание отличается от колебания s=Asin  t.

График колебания (2) получается из графика колебания(1) сдвигом влево

на . Число  называют начальной фазой.

Колебания маятника.

Колебания маятника тоже приближенно происходят по синусоидальному закону. Графическое изображение этой функции, дающее наглядное представление о протекании колебательного процесса во времени удобно рассмотреть с помощью модели маятника программы « Функции и графики» (см. приложение VIII).

Если эти колебания малы, то угол отклонения маятника приближенно выражается формулой:

 =  0 sin(t ), где l -длина маятника, а  0 -начальный угол отклонения. Чем длиннее маятник, тем медленнее он качается.(Это хорошо видно на рис.1-7 прилож. VIII). На рис.8-16 ,приложения VIII хорошо видно,как изменение начального отклонения влияет на амплитуду колебаний маятника, период при этом не меняется. Измеряя период колебания маятника известной длины, можно вычислять ускорение земного тяготения g в различных точках земной поверхности.

Разряд конденсатора.

Не только многие механические колебания происходят по синусоидальному закону. И в электрических цепях возникают синусоидальные колебания. Так в цепи, изображенной в правом верхнем углу модели, заряд на обкладках конденсатора изменяется по закону q = CU + (q 0 – CU ) cos ω t ,где С- емкость конденсатора, U –напряжение на источнике тока, L –индуктивность катушки, - угловая частота колебаний в цепи.

Благодаря модели конденсатора, имеющейся в программе « Функции и графики» можно устанавливать параметры колебательного контура и строить, соответствующие графики g(t)и I(t). На графиках 1-4 хорошо видно как влияет напряжение на изменение силы тока и заряда конденсатора, при этом видно, что при положительном напряжении заряд также принимает положительные значения. На рис.5-8 приложения IX показано, что при изменении емкости конденсатора(при изменении индуктивности катушки на рис. 9-14 приложения IX) и сохранении неизменными остальных параметров меняется период колебаний, т.е. меняется частота колебаний силы тока в цепи и меняется частота заряда конденсатора..(см. приложение IX).

Как соединить две трубы.

Приведенные примеры могут создать впечатление, что синусоиды встречаются только в связи с колебаниями. Однако это не так. Например, синусоиды используются при соединении двух цилиндрических труб под углом друг к другу.Чтобы соединить две трубы таким образом, надо срезать их наискосок.

Если развернуть срезанную наискосок трубу, то она окажется ограниченной сверху синусоидой. В этом можно убедиться, обернув свечку бумагой, срезав ее наискосок и развернув бумагу. Поэтому, чтобы получить ровный срез трубы, можно сначала обрезать металлический лист сверху по синусоиде и свернуть его в трубу.

Теория радуги.

Впервые теория радуги была дана в 1637 году Рене Декартом . Он объяснил радугу, как явление, связанное с отражением и преломлением света в дождевых каплях.

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, взвешенных в воздухе по закону преломления:

где n 1 =1, n 2 ≈1,33 – соответственно показатели преломления воздуха и воды, α – угол падения, а β – угол преломления света.

Северное сияние

Проникновение в верхние слои атмосферы планет заряженных частиц солнечного ветра определяется взаимодействием магнитного поля планеты с солнечным ветром.

Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу называется, силой Лоренца. Она пропорциональна заряду частицы и векторному произведению поля и скорости движения частицы

Задачи по тригонометрии с практическим содержанием.

Винтовая линия.

Представим себе, что на боковую поверхность цилиндра с диаметром d наматывается прямоугольный треугольник АВС (см.рис.)с основанием АС =  d так, что основание это совпадает с окружностью основания цилиндра. Так как АС =  d , то точка С после того, как весь треугольник будет навернут на боковую поверхность цилиндра, совпадает с точкой А 1 , точка В займет положение В 1 на образующей А 1 В 1 цилиндра, а гипотенуза АВ займет некоторое положение на боковой поверхности цилиндра и примет форму винтовой линии.

Мы получили один виток винтовой линии. Длина катета ВС (h) называется шагом винтовой линии. Угол ВАС ( ) называется углом подъема винтовой линии. Найдем зависимость между h,d, и  . Из треугольника АВС имеем h=  dtg  ;полученная формула позволяет также определить угол подъема по данным h и d. tg  = .

Определение коэффициента трения.

Тело веса Р положено на наклонную плоскость с углом наклона  . Тело под действием своего собственного веса прошло ускоренно путь S в t секунд. Определить коэффициент трения k.

Решение.

Сила давления тела на наклонную плоскость =kPcos  .

Сила, которая тянет тело вниз равна F=Psin  -kPcos  =P(sin  -kcos  ).(1)

Если тело движется по наклонной плоскости, то ускорение а= .

С другой стороны, ускорение а= = =gF ;следовательно, .(2)

Из равенств (1) и (2) следует, что g(sin  -kcos  )= .

Отсюда: k= =gtg  - .

Тригонометрия в планиметрии.

Основные формулы при решении задач по геометрии с применением тригонометрии :

Sin²α=1/(1+ctg²α)=tg²α/(1+tg²α); cos²α=1/(1+tg²α)=ctg²α/(1+ctg²α);

Sin(α±β)=sinα*cosβ±cosα*sinβ; cos(α±β)=cosα*cos+sinα*sinβ.

Соотношение сторон и углов в прямоугольном треугольнике:

1. Катет прямоугольного треугольника равен произведению другого катета на тангенс противолежащего угла.
2. Катет прямоугольного треугольника равен произведению гипотенузы на синус прилежащего угла.
3. Катет прямоугольного треугольника равен произведению гипотенузы на косинус прилежащего угла.
4. Катет прямоугольного треугольника равен произведению другого катета на котангенс прилежащего угла.

Задача1: На боковых сторонах АВ и СD равнобокой трапеции ABCD взяты точки М и N таким образом, что прямая MN параллельна основаниям трапеции. Известно, что в каждую из образовавшихся малых трапеций MBCN и AMND можно вписать окружность, причем радиусы этих окружностей равны r и R соответственно. Найти основания AD и BC.

Дано: ABCD-трапеция,AB=CD, MєAB,NєCD, MN||AD, в трапеции MBCN и AMND можно вписать окружность с радиусом r и R соответственно.

Найти: AD и BC.

Решение:

Пусть O1 и O2 – центры вписанных в малые трапеции окружностей. Прямая О1К||CD.

В ∆ O1O2K cosα =O2K/O1O2 = (R-r)/(R+r).

Т.к. ∆O2FD прямоугольный, то O2DF = α/2 => FD=R*ctg(α/2). Т.к. AD=2DF=2R*ctg(α/2),

аналогично BC = 2r* tg(α/2).

Cos α = (1-tg²α/2)/(1+tg²(α/2)) => (R-r)/(R+r)= (1-tg²(α/2))/(1+tg²(α/2)) => (1-r/R)/(1+r/R)= (1-tg²α/2)/(1+tg²(α/2)) => tg (α/2)=√(r/R) => ctg(α/2)= √(R/r), тогда AD=2R*ctg(α/2), BC=2r*tg(α/2), находим ответ.

Ответ: AD=2R√(R/r), BC=2r√(r/R).

Задача2 : В треугольнике ABC известны стороны b, c и угол между медианой и высотой, исходящими из вершины A. Вычислить площадь треугольника ABC.

Дано: ∆ ABC, AD-высота, AE-медиана, DAE=α, AB=c, AC=b.

Найти: S∆ABC.

Решение:

Пусть CE=EB=x, AE=y, AED=γ. По теореме косинусов в ∆AEC b²=x²+y²-2xy*cosγ(1); а в ∆ACE по теореме косинусов c²=x²+y²+2xy*cosγ(2). Вычитая из 1 равенства 2 получим c²-b²=4xy*cosγ(3).

Т.К. S∆ABC=2S∆ACE=xy*sinγ(4), тогда разделив 3 равенство на 4 получим: (c²-b²)/S=4*ctgγ, но ctgγ=tgαб, следовательно S∆ABC= (с²-b²)/4*tgα.

Ответ: (с²-b²)/4*tgα.

Тригонометрия в искусстве и архитектуре.

Архитектура не единственная сфера науки, в которой используются тригонометрические формулы. Большинство композиционных решений и построений рисунков проходило именно с помощью геометрии. Но теоретические данные мало что значат. Хочу привести пример на построение одной скульптуры французского мастера Золотого века искусства.

Пропорциональное соотношение в построении статуи было идеально. Однако при поднятии статуи на высокий пьедестал, она смотрелась уродливой. Скульптором не было учтено, что в перспективе к горизонту уменьшаются многие детали и при взгляде снизу вверх уже не создается впечатления ее идеальности. Велось множество расчетов, чтобы фигура с большой высоты смотрелась пропорционально. В основном они были основаны на методе визирования, то есть приблизительного измерения, на глаз. Однако коэффициент разности тех или иных пропорций позволили сделать фигуру более приближенной к идеалу. Таким образом, зная примерное расстояние от статуи до точки зрения, а именно от верха статуи до глаз человека и высоту статуи, можно рассчитать синус угла падения взгляда с помощью таблицы (тоже самое мы можем сделать и с нижней точкой зрения), тем самым найдем точку зрения (рис.1)

Ситуация меняется (рис2), так как статую поднимают на высоту АС и НС увеличиваются, можно рассчитать значения косинуса угла С, по таблице найдем угол падения взгляда. В процессе можно рассчитать АН, а также синус угла С, что позволит проверить результаты с помощью основного тригонометрического тождества cos 2  + sin 2  = 1.

Сравнив измерения АН в первом и во втором случаи можно найти коэффициент пропорциональности. Впоследствии мы получим чертеж, а потом скульптуру, при поднятии которой зрительно фигура будет приближена к идеалу.

Тригонометрия в медицине и биологии.

Модель биоритмов

Модель биоритмов можно построить с помощью тригонометрических функций. Для построения модели биоритмов необходимо ввести дату рождения человека, дату отсчета (день, месяц, год) и длительность прогноза (кол-во дней).

Движение рыб в воде происходит по закону синуса или косинуса, если зафиксировать точку на хвосте, а потом рассмотреть траекторию движения. При плавании тело рыбы принимает форму кривой, которая напоминает график функции y=tgx.

Формула сердца

В результате исследования, проведенного студентом иранского университета Шираз Вахидом-Резой Аббаси, медики впервые получили возможность упорядочить информацию, относящуюся к электрической активности сердца или, другими словами, электрокардиографии.
Формула, получившая название тегеранской, была представлена широкой научной общественности на 14-й конференции географической медицины и затем - на 28-й конференции по вопросам применения компьютерной техники в кардиологии, состоявшейся в Нидерландах. Эта формула представляет собой комплексное алгебраически-тригонометрическое равенство, состоящее из 8 выражений, 32 коэффициентов и 33 основных параметров, включая несколько дополнительных для расчетов в случаях аритмии. Как утверждают медики, эта формула в значительной степени облегчает процесс описания основных параметров деятельности сердца, ускоряя, тем самым, постановку диагноза и начало собственно лечения.

Тригонометрия помогает нашему мозгу определять расстояния до объектов.

Американские ученые утверждают, что мозг оценивает расстояние до объектов, измеряя угол между плоскостью земли и плоскостью зрения. Строго говоря, идея "измерения углов" не является новой. Еще художники Древнего Китая рисовали удаленные объекты выше в поле зрения, несколько пренебрегая законами перспективы. Сформулировал теорию определения расстояния по оценке углов арабский ученый XI века Альхазен. После долгого забвения в середине прошлого столетия идею реанимировал психолог Джеймс Гибсон (James Gibson), строивший свои выводы на основе опыта работы с пилотами военной авиации. Однако после того о теории

вновь позабыли.

Результаты нового исследования, как можно предположить, окажутся небезынтересны инженерам, конструирующим системы навигации для роботов, а также специалистам, которые работают над созданием максимально реалистичных виртуальных моделей. Возможны и приложения в области медицины, при реабилитации пациентов с повреждениями определенных областей мозга.

3.2 Графические представления о превращении «мало интересных» тригонометрических функций в оригинальные кривые.

Кривые в полярных координатах.

с. 16ис. 19 Розетки.

В полярных координатах выбираются единичный отрезок e, полюс О и полярная ось Ох. Положение любой точки М определяется полярным радиусом ОМ и полярным углом  , образованным лучом ОМ и лучом Ох. Число r ,выражающее длину ОМ через е (ОМ=rе) и численное значение угла  , выраженного в градусах или в радианах, называются полярными координатами точки М.

Для любой точки, отличной от точки О, можно считать 0 ≤  2  и r  0. однако при построении кривых, соответствующих уравнениям вида r=f( ), переменному  естественно придавать любые значения (в том числе и отрицательные, и превышающие 2  ), а r может оказаться как положительным, так и отрицательным.

Для того чтобы найти точку ( ,r), проведем из точки О луч, образующий с осью Ох угол  , и отложим на нем (при r  0) или на его продолжении в противоположную сторону (при r  0) отрезок  r  е.

Все значительно упростится, если предварительно построить координатную сетку, состоящую из концентрических окружностей с радиусами е,2е,3е и т. д.(с центром в полюсе О) и лучей, для которых  =0  ,10  ,20  ,…,340  ,350  ; эти лучи будут пригодны и при  0  , и при  360  ; например, при  =740  и при  =-340  мы попадем на луч, для которого  =20  .

Исследованию данных графиков помогает компьютерная программа « Функции и графики» . Пользуясь, возможностями этой программы исследуем некоторые интересные графики тригонометрических функций.

1 .Рассмотрим кривые, заданные уравнениями: r=a+sin3 

I. r=sin3  (трилистник ) (рис.1)

II.r=1/2+sin3  (рис.2), III. r=1+ sin3  (рис.3), r=3/2+ sin3  (рис.4) .

У кривой IV наименьшее значение r=0,5 и лепестки имеют незаконченный вид. Таким образом при а  1 лепестки трилистника имеют незаконченный вид.

2.Рассмотрим кривые при а=0; 1/2; 1;3/2

При а=0 (рис.1),при а=1/2 (рис.2), при а=1 (рис.3) лепестки имеют законченный вид, при а=3/2 будет пять незаконченных лепестков., (рис.4).

3.В общем случае у кривой r= первый лепесток будет заключен в секторе (0  ; ), т.к. в этом секторе 0  ≤ ≤180  . При   1 лепесток будет занимать сектор, больший 180  , но меньший 360  , а при  для одного лепестка потребуется «сектор», превышающий 360  .

На рис1-4 показан вид лепестков при = , , , .

4.Уравнения, найденные немецким математиком-натуралистом Хабенихтом для геометрических форм, встречающихся в мире растений. Например, уравнениям r=4(1+cos3  ) и r=4(1+cos3  )+4sin 2 3  соответствуют кривые, изображенные на рис.1.2 .

Кривые в декартовых координатах.

Кривые Лиссажу.

Много интересных кривых можно построить и в декартовых координатах. Особенно интересно выглядят кривые, уравнения которых даны в параметрическом виде:

Где t-вспомогательное переменное(параметр). Например, рассмотрим кривые Лиссажу, характеризуемые в общем случае уравнениями:

Если за параметр t взять время, то фигуры Лиссажу будут представлять собой результат сложения двух гармонических колебательных движений, совершаемых во взаимно перпендикулярных направлениях. В общем случае кривая располагается внутри прямоугольника со сторонами 2а и2в.

Рассмотрим это на следующих примерах

I. x=sin3t; y=sin 5t (рис.1)

II. x=sin 3t; y=cos 5t (рис.2)

III. x=sin 3t; y=sin 4t.(рис.3)

Кривые могут быть замкнутыми и незамкнутыми.

Например, замена уравнений I уравнениями: x=sin 3t; y=sin5(t+3) превращает незамкнутую кривую в кривую замкнутую.(рис.4)

Интересны и своеобразны линии, соответствующие уравнениям вида

у=arcsin(sin k(x-  )).

Из уравнения y=arcsin(sinx) следует:

1) и 2)siny=sinx.

При этим двум условиям удовлетворяет функция у=х. Графиком ее в интервале (- ; ) будет отрезок АВ ломаной, изображенной на графике.

В интервале будем иметь у=  -х, так как sin( -x)=sinx и в этом интервале

Здесь график изобразится отрезком ВС.

Так как sinx –периодическая функция с периодом 2  , то ломаная АВС, построенная в интервале(, ) повторится на других участках.

Уравнению y=arcsin(sinkx) будет соответствовать ломаная линия с периодом (период функции sin kx).

Добавляя в правой части множитель m получим уравнение у=arcsin(sin kх), которому будет отвечать ломаная. На рисунке изображены графики при k=2,m=1/2;k=2, m=-2.

Математические орнаменты.

Под математическим орнаментом будем понимать рисунок, характеризуемый каким-нибудь уравнением или неравенством (а может быть системой уравнений или неравенств), в котором многократно повторяется тот или иной узор.

удовлетворяют координаты точек, которые лежат одновременно выше синусоиды (для них у>sinx) и ниже кривой y=-sinx, т.е. « область решений» системы будет состоять из закрашенных на рис.1 областей.

2.Рассмотрим неравенства

1. (y-sinx)(y+sinx)

Для решения данного неравенства сначала строим графики функций: y=sinx; y=-sinx.

Затем закрашиваем области, где y>sinx и одновременно y-sinx.

Этому неравенству будут удовлетворять области,закрашенные на рис.2

2)(y 2 -arcsin 2 (sinx))(y 2 -arcsin 2 (sin(x+ )))

Перейдем к следующему неравенству:

(y-arcsin(sinx))(y+arcsin(sinx)){ y-arcsin(sin(x+ ))}{y+arcsin(sin(x+ ))}

Для решения данного неравенства сначала строим графики функций: y=±arcsin(sinx); y=±arcsin(sin(x+ )) .

Составим таблицу возможных вариантов решений. +

Затем рассматриваем и закрашиваем решения следующих систем.

4) 5) 6)

7) 8)

Этому неравенству будут удовлетворять области, закрашенные на рис.3

3)(y 2 -sin 2 x)(y 2 -sin 2 (x+ ))(y 2 -sin 2 (x- ))

Для решения данного неравенства сначала строим графики функций: y=±sinx; y=±sin(x+ ); y=±sin(x- ) .

Левая часть исходного неравенства состоит из трех множителей. Произведение трех множителей меньше нуля, если хотя бы один из них меньше, а два других больше нуля. Поэтому рассматриваем три случая: 1) Первый множитель меньше нуля,т,е.|y||sin(x+ )| и |y|>|sin(x- )|.

2) Второй множитель меньше нуля, т.е|y|)| , другие множители положительны, т.е. .|y|>|sinx| и |y|>|sin(x- )|.

3) Третий множитель меньше нуля,т.е. |y|)|, другие множители положительны, т.е. |y|>|sinx| и |y|>|sin(x+ )|.

Затем рассматриваем и закрашиваем решения в каждом случае.

Этому неравенству будут удовлетворять области,закрашенные на рис.4

4. Заключение.

Связь математики с окружающим миром позволяет «материализовать» знания школьников. Это помогает нам лучше понять жизненную необходимость знаний, приобретаемых в школе.

Под математической задачей с практическим содержанием (задачей прикладного характера) мы понимаем задачу, фабула которой раскрывает приложения математики в смежных учебных дисциплинах, технике, в быту.

Использование моделирующей программы « Функции и графики» значительно расширило возможности проведения исследований, позволило материализовать знания при рассмотрении приложений тригонометрии в физике.Благодаря этой программе проведены лабораторные компьютерные исследования механических колебаний на примере колебаний маятника, рассмотрены колебания в электрической цепи. Использование компьютерной программы позволило исследовать интересные математические кривые, задаваемые с помощью тригонометрических уравнений и построением графиков в полярных и декартовых координатах. Графическое решение тригонометрических неравенств привело к рассмотрению интересных математических орнаментов.

5.Список использованной литературы.

1. .Атанасов П.Т., Атанасов Н.П. Сборник математических задач с практическим содержанием: Кн.для учителя.-М.:Просвещение,1987-110с.
2. .Виленкин Н.Я. Функции в природе и технике: Кн. для внеклассного чтения IX-X кл.-М.:Просвещение,1985-148-165с(Мир знаний).
3. Доморяд А.П. Математические игры и развлечения. Гос.изд.физ-мат.лит.М,1961-148-169стр.
4. .Кожуров П.Я. Курс тригонометрии для техникумов. Гос. изд. технико-теоретической лит. М.,1956
5. Колосов А.А. Кн.для внеклассного чтения по математике в старших классах. Гос. учебно-пед. изд.Мин.Просв. РФ,М.,1963-407с.
6. Муравин Г.К.,Тараканова О.В. Элементы тригонометрии. 10 кл..-М.:Дрофа,2001-128с.
7. Пичурин Л.Ф. О тригонометрии и не только о ней: пособие для учащихся 9-11 кл.. –М.:Просвещение,1996-80с.
8. Шапиро И.М. Использование задач с практическим содержанием в преподавании математики. Кн.для учителя.-М.:Просвещение,1990-96с.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ГИМНАЗИЯ №1»

«ТРИГОНОМЕТРИЯ В РЕАЛЬНОЙ ЖИЗНИ»

информационный проект

Выполнил:

Краснов Егор

ученик 9А класса

Руководитель:

Бородкина Татьяна Ивановна

Железногорск

Введение………………………………………………………..……3

Актуальность………………………………………………….3

Цель……………………………………………………………4

Задачи………………………………………………………….4

1.4 Методы………………………………………………………...4

2.Тригонометрия и история её развития…...…………………………..5

2.1.Тригонометрия и этапы формирования….………………….5

2.2.Тригонометрия как термин. Характеристика……………….7

2.3.Возникновение синуса……………………….……………….7

2.4.Возникновение косинуса…………………….……………….8

2.5.Возникновение тангенса и котангенса……...……………….9

2.6 Дальнейшее развитие тригонометрии……...………………..9

3.Тригонометрия и реальная жизнь……………………..……………...12

3.1.Навигация……………………………..…………………….....12

3.2Алгебра….……………………………..…………………….....14

3.3.Физика….……………………………..…………………….....14

3.4.Медицина, биология и биоритмы.…..…………………….....15

3.5.Музыка…………………………….…..……………………....19

3.6.Информатика..…………………….…..……………………....21

3.7.Сфера строительства и геодезия.…………………………....22

3.8 Тригонометрия в искусстве и архитектуре………………..…....22

Заключение. ……………………………..…………………………..…..25

Список литературы.………………………….…………….……………27

Приложение 1 .…....………………………….…………….……………29

Введение

В современном мире значительное внимание уделяют математике, как одной из областей научной деятельности и изучения. Как мы знаем, одной из составляющих математики, является тригонометрия. Тригонометрия - это раздел математики, изучающий тригонометрические функции. Я считаю, что данная тема во первых, актуальна с практической точки зрения. Мы заканчиваем обучение в школе, и понимаем, что для многих профессий знание тригонометрии просто необходимо, т.к. позволяет измерять расстояния до недалёких звёзд в астрономии, между ориентирами в географии, контролировать системы навигации спутников. Принципы тригонометрии, используются и в таких областях, как теория музыки, акустика, оптика, анализ финансовых рынков, электроника, теория вероятностей, статистика, биология, медицина (включая ультразвуковое исследование (УЗИ) и компьютерную томографию), фармацевтика, химия, теория чисел (и, как следствие, криптография), сейсмология, метеорология, океанология, картография, многие разделы физики, топография и геодезия, архитектура, фонетика, экономика, электронная техника, машиностроение, компьютерная графика, кристаллография.

Во вторых, актуальность темы «Тригонометрия в реальной жизни» заключается в том, что знания тригонометрии откроют новые способы решения различных задач во многих областях науки и упростят понимание некоторых аспектов различных наук.

Издавна установилась такая практика, при которой школьники сталкиваются с тригонометрией три раза. Таким образом, мы можем сказать, что тригонометрия состоит из трех частей. Данные части взаимосвязаны, и зависят от времени. При этом, они абсолютно различны, не имеют похожих черт как по смыслу, который закладывается при объяснении основных понятий, так и по функциям.

Первое знакомство возникает в 8 классе. Это период, когда школьники изучают: «Соотношения между сторонами и углами прямоугольного треугольника». В процессе изучения тригонометрии даётся понятие косинус, синус и тангенс.

Следующим этапом является продолжение знакомства с тригонометрией в 9 классе. Уровень сложности повышается, изменяются способы и методы решения примеров. Теперь, на место косинусов и тангенсов приходит окружность и ее возможности.

Последним этапом является 10 класс, в котором тригонометрия становится более сложной, изменяются способы решения задач. Вводится понятие радианной меры угла. Вводятся графики тригонометрических функций. На данном этапе ученики начинают решать и изучать тригонометрические уравнения. Но ни как не геометрии. Для полного понимания тригонометрии необходимо познакомится с историей ее возникновения и развития. После знакомства с исторической справкой и изучения деятельности работ великих деятелей, математиков и ученых, мы можем понять, каким образом тригонометрия влияет на нашу жизнь, как помогает создавать новые объекты, делать открытия.

Целью моего проекта является изучение влияния тригонометрии в жизни человека и развитие интереса к ней. После решения данной цели мы сможем понять, какое место тригонометрия занимает в нашем мире, какие практические задачи решает.

Для решения поставленной цели, мы определили следующие задачи:

1. Познакомится с историей становления и развития тригонометрии;

2. Рассмотреть примеры практического влияния тригонометрии в разных сферах деятельности;

3. Показать на примерах, возможности тригонометрии и ее применения в жизни человека.

Методы: Поиск и сбор информации.

1.Тригонометрия и история её развития

Что такое тригонометрия? Данный термин подразумевает под собой раздел в математике, который занимается изучением зависимости между различными величинами углов, изучает длины сторон треугольника и алгебраические тождества тригонометрических функций. Трудно представить, что данная область математики встречается нам в повседневной жизни.

1.1.Тригонометрия и этапы её формирования

Давайте обратимся к истории ее развития, этапам формирования. С древних времен тригонометрия набирала свои зачатки, развивалась и показывала первые результаты. Самые первые сведения о появлении и развитии данной области мы можем увидеть в рукописях, которые находятся в древнем Египте, Вавилоне, Древнем Китае. Изучив 56-ю задачу из папируса Ринда (II тысячелетие до н. э.), можно увидеть, что она предлагает найти наклон пирамиды, чья высота является высотой в 250 локтя. Длина стороны основания пирамиды равняется 360 локтям (рис.1). Любопытно, что египтяне в решении этой задачи использовали одновременно две системы измерения - «локти» и «ладони». Сегодня при решении этой задачи мы нашли бы тангенс угла: зная половину основания и апофему (рис.1).

Следующим шагом стал этап развития науки, который связан с астрономом Аристархом Самосскогим, проживавшим в III веке до н. э. Трактат, рассматривающий величины и расстояние Солнца и Луны, ставил перед собой определенную задачу. Она выражалась в необходимости определения расстояния до каждого небесного тела. Для того, чтобы произвести такие вычисления, требовалось посчитать отношения сторон прямоугольного треугольника при известном значении одного из углов. Аристарх рассматривал прямоугольный треугольник, образованный Солнцем, Луной и Землёй во время квадратуры. Для вычисления величины гипотенузы, которая выступала за основу расстояния от Земли до Солнца, используя катет, выступающий за основу расстояния от Земли до Луны, при известном значении прилежащего угла (87°), что эквивалентно вычислению значения sin угла 3 . По оценке Аристарха, эта величина лежит в промежутке от 1/20 до 1/18. Это говорит о том, что расстояние от Солнца до Земли в двадцать раз больше, чем от луны до Земли. Однако, мы знаем, что Солнце в 400 раз дальше, чем местоположение Луны. Ошибочное суждение возникло из-за неточности в измерении угла.

Несколько десятилетий спустя Клавдий Птоломей в собственных работах «Этногеография», «Аналемма» и «Планисферий» предоставляет детальное изложение тригонометрических дополнений к картографии, астрономии и механике. Из числа прочего, изображена стереографическая проекция, изучены ряд фактических вопросов, к примеру: установить высоту и угол небесного светила согласно его склонению и часовому углу. С точки зрения тригонометрии, это означает, что необходимо отыскать сторону сферического треугольника согласно другим 2 граням и противолежащему углу (рис.2)

В совокупности, можно отметить, что тригонометрия применялась с целью:

Четкого установления времени суток;

Вычисления предстоящего местоположения небесных светил, эпизодов их восхода и захода, затмений Солнца и Луны;

Нахождения географических координат текущего места;

Подсчета дистанции между мегаполисами с известными географическими координатами.

Гномон- древний астрономический механизм, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), который позволяет с помощью наименьшей длины его тени в полдень определить угловую высоту солнца (рис.3).

Таким образом, котангенс представлялся нам как длина тени от вертикального гномона высотой 12 (иногда 7) единиц. Отметим, что в первоначальном варианте, данные определения использовались для расчёта солнечных часов. Тангенс представлялся тенью падающей от горизонтального гномона. Косеканс и секанс понимаются в качестве гипотенуз, которые соответствуют прямоугольным треугольникам.

1.2.Тригонометрия как термин. Характеристика

Впервые, конкретный термин «тригонометрия» встречается в 1505 г. Он был опубликован и использован в книге немецкого теолога и математика Бартоломеуса Питискуса. В то время, как наука уже использовалась для решения астрономических, архитектурных проблем.

Термин тригонометрия характеризуется греческими корнями. И состоит из двух частей: «треугольник» и «мера». Изучая перевод, мы можем сказать, что перед нами наука, изучающая изменения треугольников. Появление тригонометрии сопряжено с землемерением, астрономией и строительным процессом. Хотя название появилось относительно не так давно, многие относимые в настоящее время к тригонометрии определения и данные были известны ранее 2000 года.

1.3. Возникновение синуса

Длительную историю имеет представление синуса. По сути разнообразные взаимоотношения отрезков треугольника и окружности (а по существу, и тригонометрические функции) встречаются ранее в 3 в. до н.э. в трудах знаменитых математиков Античной Греции - Евклида, Архимеда, Аполлония Пергского. В римский промежуток времени данные взаимоотношения уже довольно регулярно изучались Менелаем (I в. н. э.), хотя и не получили особого названия. Современный синус угла α, например, изучается как полухорда, на которую опирается центральный угол величиной α, или как хорда удвоенной дуги.

В последующий промежуток математика длительное время наиболее стремительно формировалась индийскими и арабскими учёными. В 4-5 веках возник, в частности, ранее особый термин в трудах по астрономии знаменитого индийского учёного Ариабхаты (476-ок. 550), именем коего назван первый индусский спутник Земли. Отрезок он назвал ардхаджива (ардха-половина, джива-тетива излом, которую напоминает ось). Позже привилось более сокращенное наименование джива. Арабскими математиками в IXв. термин джива (либо джиба) было заменено на арабское слово джайб (вогнутость). При переходе арабских математических текстов в XIIв. это слово было заменено латинскимсинус (sinus-изгиб) (рис.4).

1.4. Возникновение косинуса

Определение и возникновение термина «косинус» носит более кратковременный и недалекий характер. Под косинусом понимается «дополнительный синус» (или иначе «синус дополнительной дуги»; вспомните cosα= sin(90° - a)). Интересным фактом является то, что первые способы решения треугольников, которые основаны на зависимости между сторонами и углами треугольника, найденные астрономом из Древней Греции Гиппархом во втором веке до нашей эры. Данным изучением также занимался Клавдий Птолемей. Постепенно, появлялись новые факты о зависимости между отношениями сторон треугольника и его углами, начали применять новое определение - тригонометрическая функция.

Существенный вклад в формирование тригонометрии привнесли арабские эксперты Аль-Батани (850-929) и Абу-ль-Вафа, Мухамед-бен Мухамед (940-998), который собрал таблицы синусов и тангенсов посредством 10’ с правильностью вплоть до 1/604. Теорему синусов ранее знали индийский профессор Бхаскара (р. 1114, год смерти безызвестен) и азербайджанский астролог и ученый Насиреддин Туси Мухамед (1201-1274). Помимо этого, Насиреддин Туси в собственной работе «Труд о полном четырехстороннике» рассказал прямую и сферическую тригонометрию как независимую дисциплину (рис.4).

1.5. Возникновение тангенса и котангенса

Тангенсы возникли в взаимосвязи с заключением задачи об установлении длины тени. Тангенс (а кроме того котангенс) установлен в X веке аравийским арифметиком Абу-ль-Вафой, который составил и первоначальные таблицы для нахождения тангенсов и котангенсов. Но данные открытия длительное время сохранились незнакомыми европейским ученым, и тангенсы были вновь открыты только в XIV веке германским арифметиком, астрономом Регимонтаном (1467 г.). Он аргументировал теорему тангенсов. Региомонтан составил также детальные тригонометрические таблицы; благодаря его трудам плоская и сферическая тригонометрия стала самостоятельной дисциплиной и в Европе.

Обозначение «тангенс», происходившее от латинского tanger (касаться), возникло в 1583 г. Tangens переводится как «затрагивающий» (линия тангенсов – касательная к единичной окружности).
Дальнейшее формирование тригонометрия получила в работах выдающихся астрологов Николая Коперника (1473-1543) , Тихо Браге (1546-1601) и Иогана Кеплера (1571-1630), а кроме того в трудах математика Франсуа Виета (1540-1603), который целиком решил проблему в определении абсолютно всех компонентов плоского либо сферического треугольника по трем данным (рис.4).

1.6 Дальнейшее развитие тригонометрии

Долгое время тригонометрия носила исключительно геометрический вид, т. е. данные, которые мы в настоящее время формулируем в определениях тригонометрических функций, формулировались и аргументировались с поддержкой геометрических понятий и утверждений. Такою, она существовала ещё в средние столетия, хотя иногда в ней применялись и аналитические способы, в особенности после возникновения логарифмов. Пожалуй, максимальные стимулы к формированию тригонометрии появлялись в взаимосвязи с решением задач астрономии, что давало огромный положительный интерес (например, с целью решения вопросов установления месторасположения корабля, прогноза затемнения и т. д.). Астрологов занимали соотношения между сторонами и углами сферических треугольников. А арифметики древности успешно справлялись с поставленными вопросами.

Начиная с XVII в., тригонометрические функции стали применять к решению уравнений, вопросов механики, оптики, электричества, радиотехники, с целью отображения колебательных действий, распространения волн, перемещения разных элементов, для исследования переменного гальванического тока и т. д. По этой причине тригонометрические функции всесторонне и глубоко изучались, и получили существенное значение для целой математики.

Аналитическая теория тригонометрических функций в основном была создана выдающимся математиком XVIII веке Леонардом Эйлером (1707-1783) членом Петербургской Академии наук. Громадное научное наследие Эйлера включает блестящие результаты, относящиеся к математическому анализу, геометрии, теории чисел, механике и другим приложениям математики. Именно Эйлер первым ввел известные определения тригонометрических функций, стал рассматривать функции произвольного угла, получил формулы приведения. После Эйлера тригонометрия приобрела форму исчисления: различные факты стали доказываться путем формального применения формул тригонометрии, доказательства стали намного компактнее проще,

Таким образом, тригонометрия, возникшая как наука о решении треугольников, со временем развилась и в науку о тригонометрических функциях.

Позднее часть тригонометрии, которая изучает свойства тригонометрических функций и зависимости между ними, начали называть гониометрией (в переводе – наука об измерении углов, от греческого gwnia - угол, metrew- измеряю). Термин гониометрия в последнее время практически не употребляется.

2. Тригонометрия и реальная жизнь

Современное общество характеризуется постоянными изменениями, открытиями, созданием высокотехнологичных изобретений, улучшающих нашу жизнь. Тригонометрия встречается и взаимодействует с физикой, биологией, математикой, медициной, геофизикой, навигацией, информатикой.

Познакомимся по порядку с взаимодействием в каждой отрасли.

2.1.Навигация

Первым пунктом, объясняющим нам применение и пользу тригонометрии, выступает ее связь с навигацией. Под навигацией мы понимаем науку, целью которой является изучение и создание наиболее удобных и полезных способов навигации. Так, ученые разрабатывают несложные навигации, представляющие собой построение маршрута из одной точки в другую, его оценка и выбор лучшего варианта из всех предложенных. Данные маршруты необходимы мореплавателям, которые в течение своего путешествия сталкиваются с множеством трудностей, преград, вопросов по курсу движения. Также навигация необходима: летчикам, которые управляют сложными высокотехничными самолетами, ориентируются, порой в очень экстремальных ситуациях; космонавтам, чья работа связана с риском для жизни, с сложным построением маршрута и его освоением. Изучим более подробно следующие понятия и задачи. В качестве задачи можно представить следующее условие: мы знаем географические координаты: широту и долготу между пунктами А и В земной поверхности. Необходимо найти наиболее короткий путь между пунктами А и В вдоль земной поверхности (радиус Земли считается известным: R = 6371 км).

Мы можем также представить решение данной проблемы, а именно: вначале мы уточняем, что широтой пункта М земной поверхности называется величина угла, образованного радиусом ОМ, где О – центр Земли, с плоскостью экватора: ≤ , причем севру от экватора широта считается положительной, а к югу – отрицательной. За долготу пункта М мы возьмем величину двугранного угла, проходящего в плоскостях СОМ и СОН. Под С мы понимаем Северный полюс Земли. В качестве Н мы понимаем точку, отвечающую гринвичской обсерватории: ≤ (к востоку от гринвичского меридиана долгота считается положительной, к западу – отрицательной). Как мы уже знаем, самым коротким расстоянием между пунктами А и В земной поверхности представляется длиной наименьшей из дуг большой окружности, которая соединяет А и В. Данный вид дуги мы можем назвать ортодромией. Переводя с греческого, данный термин понимается прямым углом. Из-за этого нашей задачей является определением длины стороны АВ сферического треугольника АВС, где под С понимается северный полис.

Интересным примером можно описать следующее. При создании маршрута мореходцами, необходимо точная и кропотливая работа. Так, для прокладки курса корабля на карте, которая была выполнена в проекции Герхарда Меркатора в 1569году, была острая необходимость определить, широту. Однако при выходе в море, в локациях до XVII века мореплавателями широта не указывалась. Впервые применил тригонометрические расчеты в навигации Эдмонд Гюнтер(1623).

С ее помощью тригонометрии, пилоты могли рассчитывать ветряные погрешности, для наиболее точного и безопасного ведения самолета. Для того, чтобы осуществить данные вычисления, мы обращаемся к треугольнику скоростей. Данным треугольником выражаются образованный воздушной скорости (V), вектор ветра(W), вектор путевой скорости (Vп). ПУ – путевой угол, УВ – угол ветра, КУВ – курсовой угол ветра (рис. 5) .

Чтобы ознакомиться с видом зависимости между элементами навигационного треугольника скоростей, необходимо взглянуть ниже:

Vп =V cos УС + W cos УВ; sin УС = * sin УВ, tg УВ

Для решения навигационного треугольника скоростей используются счетные устройства, использующие навигационную линейку и подсчеты в уме.

2.2.Алгебра

Следующей областью взаимодействия тригонометрии является алгебра. Именно благодаря тригонометрическим функциям решаются очень сложные, требующие больших вычислений уравнения и задачи.

Как мы знаем, во всех случаях, где необходимо взаимодействовать с периодическими процессами и колебаниями мы приходим к использованию тригонометрических функций. При этом не имеет значения, что это такое: акустика, оптика или качание маятника.

2.3.Физика

Кроме навигации и алгебры, тригонометрия оказывает прямое влияние и воздействие в физике. При погружении объектов в воду они никак не изменяют ни формы, ни объемов. Полный секрет - зрительный эффект который вынуждает наше зрение принимать предмет по-другому. Простые тригонометрические формулы и значения синуса угла падения и преломления полупрямой предоставляют вероятность высчитать постоянный показатель преломления при переходе светового луча из сферы в сферу. К примеру, радуга появляется из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, взвешенных в воздухе по закону преломления:

sin α / sin β = n1 / n2

где: n1 является показателем преломления первой среды; n2 является показателем преломления второй среды; α-углом падения, β-углом преломления света.

Попадание в верхние слои атмосферы планет заряженных элементов солнечного ветра обусловливается взаимодействием магнитного поля земли с солнечным ветром.

Сила, действующая на перемещающуюся в магнитном область заряженную частичку, именуется силой Лоренца. Она соразмерна заряду частицы и векторному произведению поля и скорости перемещения частицы.

Раскрывая практические стороны применения тригонометрии в физике, приведем пример. Данная задача должна решаться с использованием тригонометрических формул и способов решения. Условия задачи: на наклонной плоскости, угол которой 24,5о, располагается тело массой 90 кг. Необходимо найти, какой силой располагает тело, давящее на на наклонную плоскость (т.е какое давление оказывает тело на эту плоскость) (рис.6).

Обозначив оси Х и У, начнем строить проекции сил на оси, для начала воспользовавшись данной формулой:

ma = N + mg, затем смотрим на рисунок,

Х: ma = 0 + mg sin24,50

Y: 0 = N – mg cos24,50

подставляем массу, находим, что сила равна 819 Н.

Ответ: 819 Н

2.4.Медицина, биология и биоритмы

Четвертой областью, где серьезное влияние и помощь оказывает тригонометрия, являются сразу две области: медицина и биология.

Одно из фундаментальных свойств живой природы - это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением небесных тел и живыми организмами на Земле существует связь. Живые организмы не только улавливают свет и тепло Солнца и Луны, но и обладают различными механизмами, точно определяющими положение Солнца, реагирующими на ритм приливов, фазы Луны и движение нашей планеты.

Биологические ритмы, биоритмы, - это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, целых организмах и популяциях. Биоритмы подразделяют на физиологические , имеющие периоды от долей секунды до нескольких минут и экологические, по длительности совпадающие с каким либо ритмом окружающей среды. К ним относят суточные, сезонные, годовые, приливные и лунные ритмы. Основной земной ритм – суточный, обусловлен вращением Земли вокруг своей оси, поэтому практически все процессы в живом организме обладают суточной периодичностью.

Множество экологических факторов на нашей планете, в первую очередь световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное и электромагнитное поле, морские приливы и отливы, под влиянием этого вращения закономерно изменяются.

Мы на семьдесят пять процентов состоим из воды, и если в момент полнолуния воды мирового океана поднимаются на 19 метров над уровнем моря и начинается прилив, то вода, находящаяся в нашем организме так же устремляется в верхние отделы нашего тела. И у людей с повышенным давлением часто наблюдаются обострения болезни в эти периоды, а натуралисты, собирающие лекарственные травы, точно знают в какую фазу луны собирать «вершки – (плоды)», а в какую – «корешки».

Вы замечали, что в определенные периоды ваша жизнь делает необъяснимые скачки? Вдруг откуда не возьмись - бьют через край эмоции. Повышается чувствительность, которая внезапно может смениться полной апатией. Творческие и бесплодные дни, счастливые и несчастные моменты, резкие скачки настроения. Подмечено, что возможности человеческого организма меняются периодически. Эти знания лежат в основе «теории трех биоритмов».

Физический биоритм – регулирует физическую активность. В течение первой половины физического цикла человек энергичен, и достигает лучших результатов в своей деятельности (вторая половина – энергичность уступает лености).

Эмоциональный ритм – в периоды его активности повышается чувствительность, улучшается настроение. Человек становится возбудимым к различным внешним катаклизмам. Если у него хорошее настроение, он строит воздушные замки, мечтает влюбиться и влюбляется. При снижении эмоционального биоритма происходит упадок душевных сил, пропадает желание, радостное настроение.

Интеллектуальный биоритм - он распоряжается памятью, способностью к обучению, логическому мышлению. В фазе активности наблюдается подъем, а во второй фазе спад творческой активности, отсутствуют удача и успех.

Теория трех ритмов:

· Физический цикл -23 дня. Определяет энергию, силу, выносливость, координацию движения

· Эмоциональный цикл - 28 дней. Состояние нервной системы и настроение

· Интеллектуальный цикл - 33 дня. Определяет творческую способность личности

Тригонометрия встречается и в природе. Движение рыб в воде происходит по закону синуса или косинуса, если зафиксировать точку на хвосте, а потом рассмотреть траекторию движения. При плавании тело рыбы принимает форму кривой, которая напоминает график функции y=tgx.

При полёте птицы траектория взмаха крыльев образует синусоиду.

Тригонометрия в медицине. В результате исследования, проведенного студентом иранского университета Шираз Вахидом-Резой Аббаси, медики впервые получили возможность упорядочить информацию, относящуюся к электрической активности сердца или, другими словами, электрокардиографии.

Формула, получившая название тегеранской, была представлена широкой научной общественности на 14-й конференции географической медицины и затем - на 28-й конференции по вопросам применения компьютерной техники в кардиологии, состоявшейся в Нидерландах.

Эта формула представляет собой комплексное алгебраически-тригонометрическое равенство, состоящее из 8 выражений, 32 коэффициентов и 33 основных параметров, включая несколько дополнительных для расчетов в случаях аритмии. Как утверждают медики, эта формула в значительной степени облегчает процесс описания основных параметров деятельности сердца, ускоряя, тем самым, постановку диагноза и начало собственно лечения.

Многим людям приходится делать кардиограмму сердца, но немногие знают, что кардиограмма человеческого сердца – график синуса или косинуса.

Тригонометрия помогает нашему мозгу определять расстояния до объектов. Американские ученые утверждают, что мозг оценивает расстояние до объектов, измеряя угол между плоскостью земли и плоскостью зрения. Такой вывод был сделан после серии экспериментов, участникам которых предлагалось взглянуть на окружающий мир через призмы, увеличивающие этот угол.

Такое искажение приводило к тому, что подопытные носители призм воспринимали удаленные объекты как более близкие и не могли справиться с простейшими тестами. Некоторые из участников экспериментов даже наклонялись вперед, стремясь выровнять свое тело перпендикулярно неправильно представляемой поверхности земли. Однако по происшествии 20 минут они привыкли к искаженному восприятию, и все проблемы исчезли. Это обстоятельство указывает на гибкость механизма, с помощью которого мозг приспосабливает зрительную систему к меняющимся внешним условиям. Интересно заметить, что после того, как призмы были сняты, некоторое время наблюдался обратный эффект - переоценка расстояния.

Результаты нового исследования, как можно предположить, окажутся небезынтересны инженерам, конструирующим системы навигации для роботов, а также специалистам, которые работают над созданием максимально реалистичных виртуальных моделей. Возможны и приложения в области медицины, при реабилитации пациентов с повреждениями определенных областей мозга.

2.5.Музыка

Музыкальная сфера деятельности также взаимодействует с тригонометрией.

Представляю вашему вниманию интересную информацию о неком методе,который точно обеспечивает связь между тригонометрией и музыкой.

Этот метод анализа музыкальных произведений получил название «геометрическая теория музыки». С его помощью основные музыкальные структуры и преобразования переводятся на язык современной геометрии.

Каждая нота в рамках новой теории представляется как логарифм частоты соответствующего звука (нота «до» первой октавы, к примеру, соответствует числу 60, октава – числу 12). Аккорд, таким образом, представляется как точка с заданными координатами в геометрическом пространстве. Аккорды сгруппированы в различные «семейства», которые соответствуют различным типам геометрических пространств.

При разработке нового метода авторы использовали 5 известных типов музыкальных преобразований, которые ранее не учитывались в теории музыки при классификации звуковых последовательностей – октавная перестановка (O), пермутация (P), транспозиция (T), инверсия (I) и изменение кардинальности (C). Все эти преобразования, как пишут авторы, формируют так называемые OPTIC-симметрии в n-мерном пространстве и хранят музыкальную информацию об аккорде – в какой октаве находятся его ноты, в какой последовательности они воспроизведены, сколько раз повторяются и проч. С помощью OPTIC-симметрий классифицируются подобные, но не идентичные аккорды и их последовательности.

Авторы статьи показывают, что различные комбинации этих 5-ти симметрий формируют множество различных музыкальных структур, одни из которых уже известны в теории музыки (последовательность аккордов, к примеру, будет выражаться в новых терминах как OPC), а другие являются принципиально новыми понятиями, которые, возможно, возьмут на вооружение композиторы будущего.

В качестве примера авторами приводится геометрическое представление различных типов аккордов из четырех звуков – тетраэдр. Сферы на графике представляют типы аккордов, цвета сфер соответствуют величине интервалов между звуками аккорда: синий – малые интервалы, более теплые тона – более «разреженные» звуки аккорда. Красная сфера – наиболее гармоничный аккорд с равными интервалами между нотами, который был популярен у композиторов XIX века.

«Геометрический» метод анализа музыки, по мнению авторов исследования, может привести к созданию принципиально новых музыкальных инструментов и новых способов визуализации музыки, а также внести изменения в современные методики преподавания музыки и способы изучения различных музыкальных стилей (классики, поп-музыки, рок-музыки и проч.). Новая терминология также поможет более углубленно сравнивать музыкальные произведения композиторов разных эпох и представлять результаты исследований в более удобной математической форме. Иными словами, предлагается выделить из музыкальных произведений их математическую суть.

Частоты, соответствующие одной и той же ноте в первой, второй и т.д. октавах, относятся, как 1:2:4:8… Согласно дошедшим из древности преданиям, первыми, кто попытался сделать это, были Пифагор и его ученики.

Диатоническая гамма 2:3:5 (Рис.8).

2.6.Информатика

Не обошла тригонометрия со своим влиянием и информатику. Так, ее функции применимы для точных расчётов. Благодаря данному моменту, мы можем приблизить любую (в некотором смысле "хорошую") функцию, разложив её в ряд Фурье:

a0 + a1 cos x + b1 sin x + a2 cos 2x + b2 sin 2x + a3 cos 3x + b3 sin 3x + ...

Процесс подбора числа наиболее подходящим образом числа a0, a1, b1, a2, b2, ..., можно в виде такой (бесконечной) суммы представлять почти любые функции в компьютере с требуемой точностью.

Тригонометрия оказывает серьезную роль и помощь в развитии и в процессе работы с графической информацией. Если нужно смоделировать процесс, с описанием в электронном виде, с вращение определенного объекта вокруг некоторой оси. Возникает поворот на некоторый угол. Для определения координат точек придётся умножать на синусы и косинусы.

Так, можно привести в пример Джастина Уиндела, программиста и дизайнера, работающего в Google Grafika Lab. Он опубликовал демо, которое показывает пример использования тригонометрических функций, чтобы создать динамическую анимацию.

2.7.Сфера строительства и геодезии

Интересной отраслью, взаимодействующей с тригонометрией является область строительства и геодезии. Длины сторон и величины углов произвольного треугольника на плоскости связаны между собой определенными соотношениями, важнейшие из которых называют теоремами косинусов и синусов. Формулы, содержащие в себе а, b, c, подразумевают, что буквы представляются сторонами треугольника, которые лежат соответственно против углов А, В, С. Эти формулы позволяют по трем элементам треугольника – длинам сторон и углам – восстановить остальные три элемента. Они применяются при решении практических задач, например в геодезии.

Вся "классическая" геодезия сформирована на тригонометрии. Так как фактически с древнейших времен геодезисты увлекаются тем, что "решают" треугольники.

Процесс возведения строений, путей, мостов и иных зданий наступает с изыскательских и проектных работ. Все без исключения измерения на стройке ведутся с поддержкой геодезических приборов, таких как тахеометр и тригонометрический нивелир. При тригонометрическом нивелировании устанавливают разность высот между несколькими точками земной поверхности.

2.8 Тригонометрия в искусстве и архитектуре

С того времени как человек стал существовать на земле, основой улучшения быта и других сфер жизни стала наука. Основы всего, что создано человеком – это различные направления в естественных и математических науках. Одна из них – геометрия. Архитектура не единственная сфера науки, в которой используются тригонометрические формулы. Большинство композиционных решений и построений рисунков проходило именно с помощью геометрии. Но теоретические данные мало что значат. Рассмотрим пример на построение одной скульптуры французского мастера Золотого века искусства.

Пропорциональное соотношение в построении статуи было идеально. Однако при поднятии статуи на высокий пьедестал, она смотрелась уродливой. Скульптором не было учтено, что в перспективе к горизонту уменьшаются многие детали и при взгляде снизу вверх уже не создается впечатления ее идеальности. Велось множество расчетов, чтобы фигура с большой высоты смотрелась пропорционально. В основном они были основаны на методе визирования, то есть приблизительного измерения, на глаз. Однако коэффициент разности тех или иных пропорций позволили сделать фигуру более приближенной к идеалу. Таким образом, зная примерное расстояние от статуи до точки зрения, а именно от верха статуи до глаз человека и высоту статуи, можно рассчитать синус угла падения взгляда с помощью таблицы, тем самым найдем точку зрения (рис.9).

На рисунке 10 ситуация меняется, так как статую поднимают на высоту АС и НС увеличиваются, можно рассчитать значения косинуса угла С, по таблице найдем угол падения взгляда. В процессе можно рассчитать АН, а также синус угла С, что позволит проверить результаты с помощью основного тригонометрического тождества cos 2 a+ sin 2 a = 1.

Сравнив измерения АН в первом и во втором случаи можно найти коэффициент пропорциональности. Впоследствии мы получим чертеж, а потом скульптуру, при поднятии которой зрительно фигура будет приближена к идеалу

Культовые здания во всем мире были спроектированы благодаря математике, которая может считаться гением архитектуры. Некоторые известные примеры таких зданий:Детская школа Гауди в Барселоне, Небоскрёб Мэри-Экс в Лондоне, Винодельня «Бодегас Исиос» в Испании,Ресторан в Лос-Манантиалесе в Аргентине. При проектировании этих зданий не обошлось без тригонометрии.

Заключение

Изучив теоретические и прикладные аспекты тригонометрии, я осознал, что данная отрасль тесно связана со многими науками. В самом начале, тригонометрия была необходима для создания и проведения измерений между углами. Однако в последствии простое измерение углов переросло в полноценную науку, изучающую тригонометрические функции. Мы можем обозначить следующие области, в которых происходит тесная связь тригонометрии и физики архитектуры, природы, медицины, биологии.

Так, благодаря тригонометрическим функциям в медицине была открыта формула сердца, представляющая собой - комплексное алгебраически-тригонометрическое равенство, которое состоит из 8 выражений, 32 коэффициентов и 33 основных параметров, включающих возможность дополнительных просчетов при возникновении аритмии. Данное открытие помогает врачам выполнять более квалифицированно и качественно медицинскую помощь.

Отметим также. что вся классическая геодезия основана на тригонометрии. Поскольку фактически с древних времён геодезисты занимаются тем, что "решают" треугольники. Процесс строительства зданий, дорог, мостов и других сооружений начинается с изыскательских и проектных работ. Все измерения на стройке проводятся с помощью геодезических инструментов, таких как теодолит и тригонометрический нивелир. При тригонометрическом нивелировании определяют разность высот между несколькими точками земной поверхности.

Знакомясь с ее влиянием в других областях, мы можем сделать вывод о том, что тригонометрия активно влияет на жизнедеятельность человека. Связь математики с окружающим миром позволяет «материализовать» знания школьников. Благодаря этому, мы можем адекватнее воспринять и усвоить знания и информацию, которую нам преподают в школе.

Цель моего проекта выполнена успешна. Мной было изучено влияние тригонометрии в жизни и развитие интереса к ней.

Для решения поставленной цели, мы выполнили следующие задачи:

1. Познакомились с историей становления и развития тригонометрии;

2. Рассмотрели примеры практического влияния тригонометрии в разных сферах деятельности;

3. Показали на примерах, возможности тригонометрии и ее применения в жизни человека.

Изучение истории возникновения данной отрасли поможет вызвать интерес у школьников, сформировать верное мировоззрение и повысить общую культуру старшеклассника.

Данная работа будет полезна для учащихся старших классов, которые ещё не увидели всю красоту тригонометрии и не знакомы с областями её применения в окружающей жизни.

Список литературы

Глейзер Г.И.

Глейзер Г.И.

Рыбников К.А.

Список литературы

А.Н. Колмогоров, А.М. Абрамов, Ю.П. Дудницин и др. "Алгебра и начала анализа" Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учреждений, М., Просвещение, 2013.

Глейзер Г.И. История математики в школе: VII-VIII кл. - М.: Просвещение, 2012.

Глейзер Г.И. История математики в школе: IX-X кл. - М.: Просвещение, 2013.

Рыбников К.А. История математики: Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 1994. Олехник Задачи по алгебре, тригонометриии и элементарным функциям / Олехник, С.Н. и. - М.: Высшая школа, 2016. - 134 c.

Олехник, С.Н. Задачи по алгебре, тригонометрии и элементарным функциям / С.Н. Олехник. - М.: Высшая школа, 2013. - 645 c.

Потапов, М.К. Алгебра, тригонометрия и элементарные функции / М.К. Потапов. - М.: Высшая школа, 2014. - 586 c.

Потапов, М.К. Алгебра. Тригонометрия и элементарные функции / М.К. Потапов, В.В. Александров, П.И. Пасиченко. - М.: [не указано], 2015. - 762 c.

Приложение 1

Рис.1 Изображение пирамиды. Вычисление наклона b / h .

Угломер Секед В общем виде египетская формула вычисления секеда пирамиды выглядит так:.

Древнеегипетский термин «секед » обозначал угол наклона. Он находился через высоту, разделенную на половину основания. "Длина пирамиды с восточной стороны составляет 360 (локтей), высота - 250 (локтей). Вычислить нужно наклон восточной стороны. Для этого возьмите половину от 360, т.е. 180. Разделите 180 на 250. Вы получите: 1 / 2 , 1 / 5 , 1 / 50 локтя. Учтите, что один локоть равен 7 ширинам ладоней. Умножьте теперь полученные числа на 7 следующим образом: " Рис.2 Гномон Рис.3 Определение угловой высоты солнца Рис.4 Основные формулы тригонометрии Рис.5 Навигация в тригонометрии Рис.6 Физика в тригонометрии Рис.7 Теория трех ритмов (Физический цикл -23 дня. Определяет энергию, силу, выносливость, координацию движения; Эмоциональный цикл - 28 дней. Состояние нервной системы и настроение; Интеллектуальный цикл - 33 дня. Определяет творческую способность личности) Рис. 8 Тригонометрия в музыке Рис.9, 10 Тригонометрия в архитектуре

Тригонометрия - это раздел математики, в котором изучаются тригонометрические функции и их использование в геометрии. Тригонометрические функции используются для описания свойств различных углов, треугольников и периодических функций. Изучение тригонометрии поможет вам понять эти свойства. Занятия в школе и самостоятельная работа помогут вам усвоить основы тригонометрии и понять многие периодические процессы.

Шаги

Изучите основы тригонометрии

Ознакомьтесь с понятием треугольника. В сущности, тригонометрия занимается изучением различных соотношений в треугольниках. Треугольник имеет три стороны и три угла. Сумма углов любого треугольника составляет 180 градусов. При изучении тригонометрии необходимо ознакомиться с треугольниками и связанными с ними понятиями, такими как:

• гипотенуза ― самая длинная сторона прямоугольного треугольника;
• тупой угол ― угол более 90 градусов;
• острый угол ― угол менее 90 градусов.

1. Научитесь строить единичную окружность. Единичная окружность дает возможность построить любой прямоугольный треугольник так, чтобы гипотенуза была равна единице. Это удобно при работе с тригонометрическими функциями, такими как синус и косинус. Освоив единичную окружность, вы легко сможете находить значения тригонометрических функций для определенных углов и решать задачи, в которых фигурируют треугольники с этими углами.

   • Пример 1. Синус угла величиной 30 градусов составляет 0,50. Это означает, что длина противолежащего данному углу катета равна половине длины гипотенузы.
   • Пример 2. С помощью данного соотношения можно вычислить длину гипотенузы треугольника, в котором есть угол величиной 30 градусов, а длина противолежащего этому углу катета равна 7 сантиметрам. В этом случае длина гипотенузы составит 14 сантиметров.

2. Ознакомьтесь с тригонометрическими функциями. Существует шесть основных тригонометрических функций, которые необходимо знать при изучении тригонометрии. Эти функции представляют собой соотношения между различными сторонами прямоугольного треугольника и помогают понять свойства любого треугольника. Вот эти шесть функций:

   • синус (sin);
   • косинус (cos);
   • тангенс (tg);
   • секанс (sec);
   • косеканс (cosec);
   • котангенс (ctg).

3. Запомните соотношения между функциями. При изучении тригонометрии крайне важно понимать, что все тригонометрические функции связаны между собой. Хотя синус, косинус, тангенс и другие функции используются по-разному, они находят широкое применение благодаря тому, что между ними существуют определенные соотношения. Эти соотношения легко понять с помощью единичной окружности. Научитесь пользоваться единичной окружностью, и с помощью описываемых ею соотношений вы сможете решать многие задачи.

   Применение тригонометрии

   1. Узнайте об основных областях науки, в которых используется тригонометрия. Тригонометрия полезна во многих разделах математики и других точных наук. С помощью тригонометрии можно найти величины углов и прямых отрезков. Кроме того, тригонометрическими функциями можно описать любой циклический процесс.

      • Например, колебания пружины можно описать синусоидальной функцией.

   2. Подумайте о периодических процессах. Иногда абстрактные понятия математики и других точных наук трудны для понимания. Тем не менее, они присутствуют в окружающем мире, и это может облегчить их понимание. Приглядитесь к периодическим явлениям вокруг вас и попробуйте связать их с тригонометрией.

      • Луна имеет предсказуемый цикл, продолжительность которого составляет около 29,5 дня.

   3. Представьте себе, как можно изучать естественные циклы. Когда вы поймете, что в природе протекает множество периодических процессов, подумайте о том, как можно изучать эти процессы. Мысленно представьте, как выглядит изображение таких процессов на графике. С помощью графика можно составить уравнение, которое описывает наблюдаемое явление. При этом вам пригодятся тригонометрические функции.

      • Представьте себе приливы и отливы на берегу моря. Во время прилива вода поднимается до определенного уровня, а затем наступает отлив, и уровень воды падает. После отлива вновь следует прилив, и уровень воды поднимается. Этот циклический процесс может продолжаться бесконечно. Его можно описать тригонометрической функцией, например косинусом.

   Изучайте материал заранее

   1. Прочтите соответствующий раздел. Некоторым людям тяжело усвоить идеи тригонометрии с первого раза. Если вы ознакомитесь с соответствующим материалом перед занятиями, то лучше усвоите его. Старайтесь чаще повторять изучаемый предмет - таким образом вы обнаружите больше взаимосвязей между различными понятиями и концепциями тригонометрии.

      • Кроме того, это позволит вам заранее выявить неясные моменты.

   2. Ведите конспект. Хотя беглый просмотр учебника лучше, чем ничего, при изучении тригонометрии необходимо неспешное вдумчивое чтение. При изучении какого-либо раздела ведите подробный конспект. Помните, что знание тригонометрии накапливается постепенно, и новый материал опирается на изученный ранее, поэтому записи уже пройденного помогут вам продвинуться дальше.

      • Помимо прочего, записывайте возникшие у вас вопросы, чтобы затем задать их учителю.

   3. Решайте приведенные в учебнике задачи. Даже если вам легко дается тригонометрия, необходимо решать задачи. Чтобы убедиться, что вы действительно поняли изученный материал, попробуйте перед занятиями решить несколько задач. Если при этом у вас возникнут проблемы, вы определите, что именно вам нужно выяснить во время занятий.

      • Во многих учебниках в конце приведены ответы к задачам. С их помощью можно проверить, правильно ли вы решили задачи.

   4. Берите на занятия все необходимое. Не забывайте свой конспект и решения задач. Эти подручные материалы помогут вам освежить в памяти уже пройденное и продвинуться дальше в изучении материала. Проясняйте также все вопросы, которые возникли у вас при предварительном чтении учебника.

исследование, начало которого напоминает маленькую волну, после чего наблюдается систолический подъем. Маленькая волна, как правило, показывает сокращение предсердия. С началом подъема совпадает начало изгнания крови в аорту. На этой же ленте можно увидеть еще одну максимально высокую вершину, которая сигнализирует о закрытии полулунных клапанов. Форма данного отрезка максимального подъема может быть достаточно многообразной, что приводит к различным результатам данного исследования. После максимального подъема следует спуск кривой, который продолжается до самого конца. Данный отрезок верхушечной кардиограммы сопровождается открытием митрального клапана. После этого – незначительный подъем волны. Он указывает на время быстрого наполнения. Весь остальной отрезок кривой обозначается как время пассивного наполнения желудочка. Такое исследование правого желудочка способна указать на возможные патологические отклонения.

Синус, косинус, тангенс - при произнесении этих слов в присутствии учеников старших классов можно быть уверенным, что две трети из них потеряют интерес к дальнейшему разговору. Причина кроется в том, что основы тригонометрии в школе преподаются в полном отрыве от реальности, а потому учащиеся не видят смысла в изучении формул и теорем.

В действительности данная область знаний при ближайшем рассмотрении оказывается весьма интересной, а также прикладной - тригонометрия находит применение в астрономии, строительстве, физике, музыке и многих других областях.

Ознакомимся с основными понятиями и назовем несколько причин изучить этот раздел математической науки.

История

Неизвестно, в какой момент времени человечество начало создавать будущую тригонометрию с нуля. Однако документально зафиксировано, что уже во втором тысячелетии до нашей эры египтяне были знакомы с азами этой науки: археологами найден папирус с задачей, в которой требуется найти угол наклона пирамиды по двум известным сторонам.

Более серьезных успехов достигли ученые Древнего Вавилона. На протяжении веков занимаясь астрономией, они освоили ряд теорем, ввели особые способы измерения углов, которыми, кстати, мы пользуемся сегодня: градусы, минуты и секунды были заимствованы европейской наукой в греко-римской культуре, в которую данные единицы попали от вавилонян.

Предполагается, что знаменитая теорема Пифагора, относящаяся к основам тригонометрии, была известна вавилонянам почти четыре тысячи лет назад.

Название

Дословно термин «тригонометрия» можно перевести как «измерение треугольников». Основным объектом изучения в рамках данного раздела науки на протяжении многих веков был прямоугольный треугольник, а точнее - взаимосвязь между величинами углов и длинами его сторон (сегодня с этого раздела начинается изучение тригонометрии с нуля). В жизни нередки ситуации, когда практически измерить все требуемые параметры объекта (или расстояние до объекта) невозможно, и тогда возникает необходимость недостающие данные получить посредством расчётов.

Например, в прошлом человек не мог измерить расстояние до космических объектов, а вот попытки эти расстояния рассчитать встречаются задолго до наступления нашей эры. Важнейшую роль играла тригонометрия и в навигации: обладая некоторыми знаниями, капитан всегда мог сориентироваться ночью по звездам и скорректировать курс.

Основные понятия

Для освоения тригонометрии с нуля требуется понять и запомнить несколько основных терминов.

Синус некоторого угла - это отношение противолежащего катета к гипотенузе. Уточним, что противолежащий катет - это сторона, лежащая напротив рассматриваемого нами угла. Таким образом, если угол составляет 30 градусов, синус этого угла всегда, при любом размере треугольника, будет равен ½. Косинус угла - это отношение прилежащего катета к гипотенузе.

Тангенс - это отношение противолежащего катета к прилежащему (либо, что то же самое, отношение синуса к косинусу). Котангенс - это единица, деленная на тангенс.

Стоит упомянуть и знаменитое число Пи (3,14…), которое представляет собой половину длины окружности с радиусом в одну единицу.

Популярные ошибки

Люди, изучающие тригонометрию с нуля, совершают ряд ошибок - в основном по невнимательности.

Во-первых, при решении задач по геометрии необходимо помнить, что использование синусов и косинусов возможно только в прямоугольном треугольнике. Случается, что учащийся «на автомате» принимает за гипотенузу самую длинную сторону треугольника и получает неверные результаты вычислений.

Во-вторых, поначалу легко перепутать значения синуса и косинуса для выбранного угла: напомним, что синус 30 градусов численно равен косинусу 60, и наоборот. При подстановке неверного числа все дальнейшие расчёты окажутся неверными.

В-третьих, пока задача полностью не решена, не стоит округлять какие бы то ни было значения, извлекать корни, записывать обыкновенную дробь в виде десятичной. Часто ученики стремятся получить в задаче по тригонометрии «красивое» число и сразу же извлекают корень из трёх, хотя ровно через одно действие этот корень можно будет сократить.

Этимология слова «синус»

История слова «синус» поистине необычна. Дело в том, что буквальный перевод этого слова с латыни означает «впадина». Всё потому, что верное понимание слова затерялось при переводе с одного языка на другой.

Названия базовых тригонометрических функций произошли из Индии, где понятие синуса обозначалось словом «тетива» на санскрите - дело в том, что отрезок вместе с дугой окружности, на которую он опирался, походил на лук. Во времена расцвета арабской цивилизации индийские достижения в области тригонометрии были заимствованы, и термин перешел в арабский язык в виде транскрипции. Случилось так, что в этом языке уже было похожее слово, обозначающее впадину, и если арабы понимали фонетическую разницу между родным и заимствованным словом, то европейцы, переводящие научные трактаты на латынь, по ошибке буквально перевели арабское слово, никакого отношения к понятию синуса не имеющее. Им мы и пользуемся по сей день.

Таблицы значений

Существуют таблицы, в которые занесены числовые значения для синусов, косинусов и тангенсов всех возможных углов. Ниже представим данные для углов в 0, 30, 45, 60 и 90 градусов, которые необходимо выучить как обязательный раздел тригонометрии для «чайников», благо запомнить их довольно легко.

Если случилось так, что числовое значение синуса или косинуса угла «вылетело из головы», есть способ вывести его самостоятельно.

Геометрическое представление

Начертим круг, через его центр проведем оси абсцисс и ординат. Ось абсцисс располагается горизонтально, ось ординат - вертикально. Обычно они подписываются как «X» и «Y» соответственно. Теперь из центра окружности проведем прямую таким образом, чтобы между ней и осью X получился нужный нам угол. Наконец, из той точки, где прямая пересекает окружность, опустим перпендикуляр на ось X. Длина получившегося отрезка будет равна численному значению синуса нашего угла.

Данный способ весьма актуален, если вы забыли нужное значение, например, на экзамене, и учебника по тригонометрии под рукой нет. Точной цифры вы таким образом не получите, но разницу между ½ и 1,73/2 (синус и косинус угла в 30 градусов) вы точно увидите.

Применение

Одними из первых специалистов, использующих тригонометрию, были моряки, не имеющие никакого другого ориентира в открытом море, кроме неба над головой. Сегодня капитаны кораблей (самолётов и других видов транспорта) не ищут кратчайший путь по звёздам, зато активно прибегают к помощи GPS-навигации, которая без использования тригонометрии была бы невозможна.

Практически в каждом разделе физики вас ждут расчёты с использованием синусов и косинусов: будь то приложение силы в механике, расчёты пути объектов в кинематике, колебания, распространение волн, преломление света - без базовой тригонометрии в формулах просто не обойтись.

Ещё одна профессия, которая немыслима без тригонометрии - это геодезист. Используя теодолит и нивелир либо более сложный прибор - тахиометр, эти люди измеряют разницу в высоте между различными точками на земной поверхности.

Повторяемость

Тригонометрия имеет дело не только с углами и сторонами треугольника, хотя именно с этого она начинала своё существование. Во всех областях, где присутствует цикличность (биологии, медицине, физике, музыке и т. д.) вы встретитесь с графиком, название которого наверняка вам знакомо - это синусоида.

Такой график представляет собой развёрнутую вдоль оси времени окружность и внешне похож на волну. Если вы когда-нибудь работали с осциллографом на занятиях по физике, вы понимаете, о чем идет речь. Как музыкальный эквалайзер, так и прибор, отображающий сердечные ритмы, используют формулы тригонометрии в своей работе.

В заключение

Задумываясь о том, как выучить тригонометрию, большинство учащихся средней и старшей школы начинают считать её сложной и непрактичной наукой, поскольку знакомятся лишь со скучной информацией из учебника.

Что касается непрактичности - мы уже увидели, что в той или иной степени умение обращаться с синусами и тангенсами требуется практически в любой сфере деятельности. А что касается сложности… Подумайте: если люди пользовались этими знаниями больше двух тысяч лет назад, когда взрослый человек имел меньше знаний, чем сегодняшний старшеклассник, реально ли изучить данную область науки на базовом уровне лично вам? Несколько часов вдумчивых занятий с решением задач - и вы достигнете своей цели, изучив базовый курс, так называемую тригонометрию для «чайников».