Математика · тема 9 из 21 · ОГЭ № 8, 15 · ЕГЭ № 1, 6, 7, 13

Тригонометрия, логарифмы, показательные выражения

Синус, косинус и тангенс от прямоугольного треугольника до единичной окружности, формулы приведения, логарифмы и степени — всё для заданий 6, 7 и 13 ЕГЭ и геометрии ОГЭ.

40 мин чтенияОГЭЕГЭ22 задания

Коротко

главное за 30 секунд
  1. $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$, $\tg\alpha = \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$
  2. В прямоугольном треугольнике: $\sin A = \dfrac{a}{c}$, $\cos A = \dfrac{b}{c}$, $\tg A = \dfrac{a}{b}$
  3. Формулы приведения: от $\pi$ и $2\pi$ функция не меняется, от $\dfrac{\pi}{2}$ и $\dfrac{3\pi}{2}$ — меняется на кофункцию; знак — по исходной функции
  4. $\log_a b = c \iff a^c = b$; $\log_a(bc) = \log_a b + \log_a c$, $\log_a b^k = k\log_a b$
  5. $a^{\log_a b} = b$; $\log_a b = \dfrac{\log_c b}{\log_c a}$
  6. $a^{f(x)} = a^{g(x)} \iff f(x) = g(x)$; в логарифмических уравнениях проверяйте ОДЗ

Тригонометрия в прямоугольном треугольнике

Для острого угла $A$ прямоугольного треугольника ($a$ — противолежащий катет, $b$ — прилежащий, $c$ — гипотенуза): $$\sin A = \dfrac{a}{c}, \qquad \cos A = \dfrac{b}{c}, \qquad \tg A = \dfrac{a}{b} = \dfrac{\sin A}{\cos A}.$$
Угол$30^\circ$$45^\circ$$60^\circ$
$\sin$$\dfrac12$$\dfrac{\sqrt2}{2}$$\dfrac{\sqrt3}{2}$
$\cos$$\dfrac{\sqrt3}{2}$$\dfrac{\sqrt2}{2}$$\dfrac12$
$\tg$$\dfrac{\sqrt3}{3}$$1$$\sqrt3$

Пример. В треугольнике $ABC$ угол $C = 90^\circ$, $AB = 10$, $\sin A = 0{,}6$. Тогда $BC = AB\sin A = 6$, $AC = \sqrt{100 - 36} = 8$, $\cos A = 0{,}8$, $\tg A = \dfrac68 = 0{,}75$.

Проверь себя. В прямоугольном треугольнике гипотенуза $AB = 20$, $\sin A = 0{,}3$. Найдите катет $BC$, противолежащий углу $A$.

Ответ: 6

Единичная окружность и значения

На единичной окружности точка, повёрнутая на угол $\alpha$ от точки $(1;\,0)$, имеет координаты $(\cos\alpha;\,\sin\alpha)$. Радианы: $\pi\ \text{рад} = 180^\circ$, $\dfrac{\pi}{6} = 30^\circ$, $\dfrac{\pi}{4} = 45^\circ$, $\dfrac{\pi}{3} = 60^\circ$, $\dfrac{\pi}{2} = 90^\circ$.

$\alpha$$0$$\dfrac{\pi}{2}$$\pi$$\dfrac{3\pi}{2}$
$\sin\alpha$$0$$1$$0$$-1$
$\cos\alpha$$1$$0$$-1$$0$

Знаки по четвертям: синус положителен в I и II четвертях (верхняя половина), косинус — в I и IV (правая половина), тангенс — в I и III.

Знак выбирают по четверти, а не «на глаз». Если $\cos\alpha = 0{,}8$ и $\alpha \in \left(\dfrac{3\pi}{2};\,2\pi\right)$ — это IV четверть, где синус отрицателен: $\sin\alpha = -\sqrt{1 - 0{,}64} = -0{,}6$. Тангенс при $\alpha = \dfrac{\pi}{2}$ не определён.
αcos αsin α1−11IIIIIIIVsin²α + cos²α = 1I: sin +, cos +II: sin +, cos −III: sin −, cos −IV: sin −, cos +
Рис. 1. Единичная окружность: cos α — абсцисса точки, sin α — ордината

Основные формулы и формулы приведения (ЕГЭ №7)

$$\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1, \qquad 1 + \tg^2\alpha = \dfrac{1}{\cos^2\alpha},$$ $$\sin 2\alpha = 2\sin\alpha\cos\alpha, \qquad \cos 2\alpha = \cos^2\alpha - \sin^2\alpha = 1 - 2\sin^2\alpha.$$

Формулы приведения — правило из двух вопросов для $\sin(\pi \pm \alpha)$, $\cos\left(\dfrac{3\pi}{2} - \alpha\right)$ и т. п.:

  1. Меняется ли функция? От $\pi$ и $2\pi$ (горизонтальная ось) — нет; от $\dfrac{\pi}{2}$ и $\dfrac{3\pi}{2}$ (вертикальная ось) — синус меняется на косинус и наоборот, тангенс — на котангенс.
  2. Какой знак? Считаем $\alpha$ острым, смотрим, в какую четверть попал угол, и ставим знак исходной функции в этой четверти.

Пример. $\dfrac{14\sin 19^\circ}{\sin 341^\circ}$. $\sin 341^\circ = \sin(360^\circ - 19^\circ) = -\sin 19^\circ$ (IV четверть, синус отрицателен). Значение: $\dfrac{14\sin 19^\circ}{-\sin 19^\circ} = -14$.

Если в выражении стоит $\sin 2\alpha$ или $\cos 2\alpha$, а дан $\sin\alpha$ или $\cos\alpha$ — сразу раскрывайте формулу двойного угла: почти всегда что-то сокращается.

Логарифмы

$$\log_a b = c \iff a^c = b \qquad (a \gt 0,\ a \ne 1,\ b \gt 0)$$ $$\log_a(bc) = \log_a b + \log_a c, \quad \log_a\dfrac bc = \log_a b - \log_a c, \quad \log_a b^k = k\log_a b,$$ $$a^{\log_a b} = b, \qquad \log_{a^k} b = \dfrac1k\log_a b, \qquad \log_a b = \dfrac{\log_c b}{\log_c a}.$$

Пример. $\log_2 40 - \log_2 5 = \log_2 8 = 3$. $\ 9^{\log_3 7} = (3^2)^{\log_3 7} = \left(3^{\log_3 7}\right)^2 = 49$. $\ \dfrac{\log_7 27}{\log_7 3} = \log_3 27 = 3$.

$\log_a(b + c) \ne \log_a b + \log_a c$ — складываются логарифмы произведения, а не суммы. И $\dfrac{\log_a b}{\log_a c} \ne \log_a\dfrac bc$: частное логарифмов — это переход к новому основанию, $\log_c b$.
Проверь себя. Вычислите $\log_3 81$.

Ответ: 4

xy−3−2−112345−3−2−1123450y = 2ˣy = log₂x
Рис. 2. y = 2ˣ и y = log₂x — взаимно обратные функции, их графики симметричны относительно y = x

Показательные и логарифмические уравнения (ЕГЭ №6)

$$a^{f(x)} = a^{g(x)} \iff f(x) = g(x); \qquad \log_a f(x) = b \iff f(x) = a^b.$$
  • $2^{x-3} = 16 = 2^4 \Rightarrow x - 3 = 4$, $x = 7$.
  • $\left(\dfrac13\right)^{x-8} = 9 \Rightarrow 3^{-(x-8)} = 3^2 \Rightarrow 8 - x = 2$, $x = 6$.
  • $\log_2(x + 3) = 4 \Rightarrow x + 3 = 16$, $x = 13$.
  • $\log_5(4 - x) = 2 \Rightarrow 4 - x = 25$, $x = -21$ (отрицательный $x$ допустим: важно лишь, что $4 - x \gt 0$).
В уравнениях с несколькими логарифмами после «сворачивания» по свойствам могут появиться посторонние корни. $\log_2(x + 1) + \log_2(x + 3) = 3$ даёт $(x + 1)(x + 3) = 8$, то есть $x = 1$ или $x = -5$. Но при $x = -5$ аргументы отрицательны — корень посторонний. ОДЗ выписывайте до преобразований.

Графики $y = 2^x$ и $y = \log_2 x$ симметричны относительно прямой $y = x$: это взаимно обратные функции. Постройте их в лаборатории и сравните с $y = \left(\frac12\right)^x$.

Интерактив «Графики функций» — открыть в тренажёре →

Тригонометрические уравнения (ЕГЭ №13)

$$\sin x = a\ (|a| \le 1):\ x = (-1)^n\arcsin a + \pi n; \qquad \cos x = a\ (|a| \le 1):\ x = \pm\arccos a + 2\pi n;$$ $$\tg x = a:\ x = \arctg a + \pi n, \qquad n \in \mathbb Z.$$ Частные случаи: $\sin x = 0 \Rightarrow x = \pi n$; $\cos x = 0 \Rightarrow x = \dfrac{\pi}{2} + \pi n$; $\sin x = 1 \Rightarrow x = \dfrac{\pi}{2} + 2\pi n$; $\cos x = -1 \Rightarrow x = \pi + 2\pi n$.

Задание 13 состоит из двух пунктов: а) решить уравнение; б) отобрать корни на отрезке — по единичной окружности или двойным неравенством для $n$. Типичный приём — свести всё к одной функции через $\sin^2 x + \cos^2 x = 1$ и сделать замену.

Пример. $2\sin^2 x - 3\cos x - 3 = 0$, корни на $\left[\pi;\,\dfrac{5\pi}{2}\right]$.

а) $2(1 - \cos^2 x) - 3\cos x - 3 = 0 \iff 2\cos^2 x + 3\cos x + 1 = 0$, откуда $\cos x = -1$ или $\cos x = -\dfrac12$. Решения: $x = \pi + 2\pi n$, $x = \pm\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi n$.

б) На окружности отрезок $\left[\pi;\,\dfrac{5\pi}{2}\right]$ — дуга от точки $\pi$ через $\dfrac{3\pi}{2}$ и $2\pi$ до $\dfrac{5\pi}{2}$ (три четверти оборота). В него попадают $x = \pi$ и $x = -\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi = \dfrac{4\pi}{3}$; точка $\dfrac{2\pi}{3} + 2\pi = \dfrac{8\pi}{3}$ уже больше $\dfrac{5\pi}{2} = \dfrac{15\pi}{6}$, ведь $\dfrac{8\pi}{3} = \dfrac{16\pi}{6}$. Ответ б): $\pi;\ \dfrac{4\pi}{3}$.

Уравнение $\cos x = 1{,}5$ корней не имеет: $|\cos x| \le 1$. После замены $t = \cos x$ (или $\sin x$) всегда проверяйте, что $|t| \le 1$.
Практика

Закрепите тему: 22 задания для ОГЭ и ЕГЭ

От простых к сложным: базовый уровень — 11, повышенный — 8, высокий — 3. Мгновенная проверка, подсказки, подробные решения и тренажёр ошибок.

Решать задания по теме Флеш-карточки