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各位同学,大家好!今天我们来深入学习三角函数中最基础、最重要的两个函数:正弦和余弦。
首先,我们从最直观的直角三角形说起。在一个直角三角形中,我们关注一个锐角θ。这个角有三条边与它相关:斜边是直角对面的边,总是最长的;对边是角θ对面的边;邻边是与角θ相邻但不是斜边的边。
基于这三条边的长度,我们定义正弦为角θ的对边与斜边的比值,余弦为角θ的邻边与斜边的比值。记住这个定义,这是三角函数的基础!
但是,直角三角形只能处理0到90度的角。为了处理任意大小的角,包括钝角、负角,甚至大于360度的角,我们引入了更强大的工具——单位圆。
单位圆是指圆心在原点、半径为1的圆。我们从x轴正半轴开始,逆时针旋转一个角θ。旋转的终边会与单位圆相交于一个点P。
这时,我们对正弦和余弦有了更广义的定义:正弦θ定义为点P的y坐标,余弦θ定义为点P的x坐标。当θ是锐角时,这个定义完全符合直角三角形的定义,但现在可以处理任意角度了。
基于单位圆的定义,我们可以得出sin和cos的重要性质:
首先是定义域,角θ可以是任意实数,可以无限旋转,所以sin和cos的定义域都是所有实数。
其次是值域,点P始终在单位圆上移动,它的坐标取值范围都在负1到1之间,因此sin和cos的值域都是负1到1。记住,sin和cos的值永远不会大于1或小于负1。
第三是周期性,角θ每增加2π弧度,终边会回到原来位置,所以它们的最小正周期是2π。
最重要的是基本恒等式:根据勾股定理,单位圆上任意一点都满足x²+y²=1,因此sin²θ + cos²θ = 1。这个恒等式贯穿整个三角函数学习,务必牢记!
三角函数的图像展示了其美妙的周期性质。
正弦函数图像类似波浪,从0开始,在π/2时达到最大值1,在π时回到0,在3π/2时降至最小值负1,最后在2π回到0,如此循环往复。
余弦函数的图像也是波浪形,但它从1开始,在π/2时降到0,在π时达到负1,在3π/2时回到0,最后在2π回到1。
这两个函数都是周期为2π的连续函数,它们的图像是优美的正弦波和余弦波,在自然界和工程技术中有着广泛的应用。
总结一下,理解sin和cos要抓住两个核心:直角三角形中的比值定义适用于锐角,单位圆中的坐标定义适用于任意角度。
掌握它们的重要性质:定义域是所有实数,值域是负1到1,周期是2π,以及最基本的恒等式sin²θ + cos²θ = 1。
sin和cos不仅仅是抽象的数学概念,它们是描述周期性现象的强大工具。自然界中的声波、光波、电流、机械振动、潮汐等现象,都可以用正弦或余弦函数来描述。在物理、工程、计算机图形学、导航等领域都有广泛应用。
希望今天的讲解对大家有所帮助!多看、多想、多练,你们一定能学好三角函数!