Перейти к содержимому
Учи.Онлайн Выбрать школу
Статья

Синус и косинус угла в прямоугольном треугольнике: задачи

Синус острого угла прямоугольного треугольника равен отношению противолежащего катета к гипотенузе, а косинус — отношению прилежащего катета к гипотенузе. Чтобы выбрать формулу, сначала отметьте нужный угол и определите положение каждого катета относительно него. Неизвестный катет находят умножением гипотенузы на соответствующий синус или косинус, гипотенузу — делением катета на это отношение. Ответ проверяют по рисунку: гипотенуза должна быть длиннее каждого катета, а значения синуса и косинуса острого угла находятся между нулём и единицей.

Автор: редакция Учи.ОнлайнОтветственный редактор: Дмитрий Игнатьев
Содержание

Один и тот же катет может быть прилежащим к одному острому углу и противолежащим другому. Поэтому слова «верхний катет», «левая сторона» или «горизонтальная сторона» не заменяют определения: треугольник можно повернуть, а математические отношения останутся прежними.

Обозначим треугольник ABC так, что угол C прямой. Гипотенуза AB лежит напротив прямого угла. Для угла A противолежащий катет — BC, прилежащий — AC. Для угла B их роли меняются.

Как найти гипотенузу и нужный катет

Начните с прямого угла: его обозначают маленьким квадратом на рисунке или указывают в условии. Сторона напротив этого угла является гипотенузой и не зависит от того, какой острый угол рассматривается.

Затем выделите заданный острый угол. Противолежащий катет не образует его стороны, а прилежащий входит в угол вместе с гипотенузой. В треугольнике ABC с C = 90° соответствие удобно записать таблицей.

Выбранный угол Противолежащий катет Прилежащий катет Гипотенуза
A BC AC AB
B AC BC AB

Прилежащую сторону иногда ошибочно принимают за любую сторону, касающуюся вершины угла. Но у острого угла есть две такие стороны: катет и гипотенуза. В определении косинуса нужна именно прилежащая сторона, которая является катетом.

Если прямого угла нет, эти отношения нельзя автоматически применять к произвольному треугольнику. Иногда задачу сначала разбивают высотой на два прямоугольных треугольника, но прямой угол должен быть установлен, а не предположен по внешнему виду рисунка.

Определения синуса и косинуса

Для острого угла α обозначим противолежащий катет a, прилежащий b, гипотенузу c. Тогда sin α = a/c, cos α = b/c. Оба отношения безразмерны: одинаковые единицы длины в числителе и знаменателе сокращаются.

Например, в прямоугольном треугольнике с катетами 3 и 4 и гипотенузой 5 для угла напротив катета 3 получаем sin α = 3/5, cos α = 4/5. Для другого острого угла синус будет 4/5, косинус — 3/5.

Если увеличить все стороны вдвое, получатся 6, 8 и 10. Отношения сохранятся: 6/10 = 3/5 и 8/10 = 4/5. Поэтому синус и косинус характеризуют угол, а не размер конкретного треугольника. Это связано с подобием прямоугольных треугольников с одинаковым острым углом.

В определениях знаменателем всегда является гипотенуза. Отношение двух катетов тоже используется в тригонометрии, но оно называется тангенсом или котангенсом в зависимости от порядка. Запись «синус = катет / другой катет» неверна.

Как выразить неизвестную сторону

Из определения можно получить формулу нужной длины. Полезно сначала записать отношение, затем решить полученное равенство, а не угадывать умножение или деление по памяти.

Что известно Что найти Формула
c и α Противолежащий катет a a = c sin α
c и α Прилежащий катет b b = c cos α
a и α Гипотенузу c c = a/sin α
b и α Гипотенузу c c = b/cos α

Например, если противолежащий катет равен 6 и sin α = 3/5, то 3/5 = 6/c. Отсюда c = 6 : (3/5) = 10. Умножение 6 · 3/5 дало бы 3,6 — гипотенузу короче катета, что сразу показывает ошибку.

Если дан один катет и угол, второй катет можно найти через гипотенузу: сначала вычислить c по подходящему отношению, затем умножить c на другое. Когда известны два катета, для гипотенузы удобна теорема Пифагора: c² = a² + b².

Проверка по теореме Пифагора полезна и после тригонометрического вычисления. Она подтверждает согласованность трёх длин; положение катетов относительно выбранного угла нужно дополнительно сверить по рисунку.

Величины, записанные в разных единицах, нужно привести к одним единицам до составления отношения. Катет 30 см и гипотенуза 0,5 м дают синус 30/50 = 0,6, а не 30/0,5 = 60. Ошибка с единицами может выглядеть как ошибка в тригонометрии, хотя выбор формулы был правильным.

Значения для углов 30°, 45° и 60°

Для этих углов удобно использовать точные значения. Они позволяют получить ответ с корнем или дробью, не заменяя его преждевременно десятичным приближением.

Угол α sin α cos α
30° 1/2 √3/2
45° √2/2 √2/2
60° √3/2 1/2

Значения для 45° следуют из равнобедренного прямоугольного треугольника. Если его катеты равны 1, гипотенуза равна √2, поэтому каждое отношение составляет 1/√2 = √2/2.

Значения для 30° и 60° можно получить, разделив равносторонний треугольник со стороной 2 высотой на две части. В каждом прямоугольном треугольнике гипотенуза равна 2, меньший катет 1, больший √3. Угол напротив меньшего катета равен 30°, напротив большего — 60°.

Проверка таблицы связана с дополняющими углами: sin 30° = cos 60°, sin 60° = cos 30°. Острые углы прямоугольного треугольника в сумме дают 90°, поэтому один катет для них меняет роль с противолежащего на прилежащий.

Разбор 1: известны гипотенуза и угол

В треугольнике ABC угол C равен 90°, угол A равен 30°, AB = 10. Нужно найти оба катета. Для выбранного угла A сторона BC противолежащая, AC прилежащая.

  1. Записываем sin A = BC/AB, поэтому BC = 10 · 1/2 = 5.
  2. Записываем cos A = AC/AB, поэтому AC = 10 · √3/2 = 5√3.
  3. Проверяем по Пифагору: 5² + (5√3)² = 25 + 75 = 100 = 10².

Ответ — BC = 5, AC = 5√3. Если требуются приближённые значения, AC ≈ 8,66. Но точный ответ 5√3 предпочтительнее, когда условие не требует округления: он сохраняет всю информацию.

На рисунке меньшему углу 30° противолежит меньший катет 5, а углу 60° — больший катет 5√3. Это ещё одна проверка соответствия. Если катеты перепутаны местами, равенство Пифагора всё равно выполнится, поэтому одной проверки длин недостаточно: нужно сверить и расположение относительно угла.

Разбор 2: известны катет и синус

Для острого угла α известно sin α = 3/5, а противолежащий катет равен 6. Найдём гипотенузу, прилежащий катет и косинус этого угла.

Из 3/5 = 6/c получаем c = 10. По Пифагору b² = 10² − 6² = 64, значит, b = 8. Берём положительное значение, поскольку ищем длину. Тогда cos α = b/c = 8/10 = 4/5.

Проверим основное тождество: sin² α + cos² α = 9/25 + 16/25 = 1. Для острого угла обе величины положительны. Если вычислять косинус прямо из тождества, получим cos α = √(1 − 9/25) = 4/5; отрицательный корень здесь не подходит.

Число 3/5 в условии — значение синуса, а не сам угол в градусах. Нельзя писать α = 0,6° только потому, что дробь равна 0,6. Для нахождения величины угла по известному синусу используют обратную функцию или таблицу, а не простую замену дроби градусной мерой.

Разбор 3: равнобедренный прямоугольный треугольник

Катеты равны по 7. Найдём гипотенузу и острые углы. Сначала по Пифагору c = √(49 + 49) = 7√2. Равные катеты лежат напротив равных углов, а два острых угла в сумме дают 90°, поэтому каждый равен 45°.

Для любого из этих углов синус и косинус равны 7/(7√2) = √2/2. Гипотенуза не равна 14: складывать длины катетов вместо квадратов нельзя. Величина 14 описывает длину пути по двум катетам, а гипотенуза — прямое соединение их свободных концов.

Обратное рассуждение тоже полезно. Если гипотенуза равна 12, а угол 45°, каждый катет равен 12 · √2/2 = 6√2. Равенство катетов помогает проверить, что синус и косинус использованы согласованно.

Как работать с калькулятором

Если угол не входит в короткую таблицу, его синус или косинус можно найти на калькуляторе, если такой способ разрешён в задании. Для угла в градусах должен быть выбран режим градусов, обычно обозначенный DEG. Режим RAD предназначен для радиан и даст другое число при вводе той же записи 30.

Не округляйте результат слишком рано. Если вычисляете катет c sin α, лучше сохранить значение синуса с доступной точностью и округлить уже найденную длину согласно условию. Например, округление синуса до одной цифры после запятой может заметно изменить ответ даже при аккуратном умножении.

Когда требуется точный ответ с корнем, калькулятор служит только дополнительной оценкой. Запись 6√2 и приближение 8,49 не равны буквально: для второго нужен знак ≈. Если округление задано до десятых, отвечайте примерно 8,5, а не набором случайного числа десятичных знаков.

Частые ошибки

Ошибки чаще связаны с выбором стороны, чем с самой арифметикой. Поэтому перед вычислением полезно подписать на рисунке гипотенузу и два катета именно относительно заданного угла.

Ошибка Почему неверно Как проверить
Синус найден как прилежащий катет / гипотенуза Использовано определение косинуса Найти сторону напротив угла
За прилежащий катет принята гипотенуза Не различены две стороны при вершине Гипотенуза лежит напротив прямого угла
При смене угла названия катетов оставлены прежними Противолежащий и прилежащий меняются местами Снова выделить выбранную вершину
Гипотенуза найдена умножением катета на синус Нужно делить на отношение меньше 1 Гипотенуза должна быть длиннее катета
Получен sin α = 1,4 для острого угла Отношение выбрано наоборот или перепутаны единицы Катет короче гипотенузы
Из cos² α = 16/25 выбран cos α = −4/5 Для острого угла косинус положителен Учесть условие об угле
Для 30° использован режим радиан Единицы угла не соответствуют вводу Проверить DEG и значение sin 30° = 1/2

Не исправляйте неверный синус простой заменой на число из таблицы. Сначала установите, какой угол рассматривается и какая сторона ему противолежит. Иначе в следующем треугольнике ошибка повторится даже при знании всех табличных значений.

Самостоятельные задачи

Сделайте для каждой задачи отдельный небольшой чертёж. Отметьте прямой угол, известные величины и искомую сторону. После решения проверьте длины по Пифагору, если найдены все три стороны.

  1. В ABC угол C прямой. Какие стороны являются противолежащим и прилежащим катетами для угла A? Как изменится ответ для угла B?
  2. Катеты равны 3 и 4, гипотенуза 5. Найдите синус и косинус угла напротив катета 3.
  3. Гипотенуза равна 10, острый угол 30°. Найдите катет напротив этого угла.
  4. Гипотенуза равна 10, острый угол 60°. Найдите прилежащий к нему катет.
  5. Гипотенуза равна 12, острый угол 45°. Найдите оба катета.
  6. Противолежащий катет равен 6, sin α = 3/5. Найдите гипотенузу и второй катет.
  7. Прилежащий катет равен 8, cos α = 4/5. Найдите гипотенузу и противолежащий катет.
  8. Катеты равны 5 и 12. Найдите гипотенузу, синус и косинус угла напротив катета 5.
  9. Для острого угла sin α = 5/13. Найдите cos α без определения самого угла.
  10. В прямоугольном треугольнике α + β = 90° и sin α = 3/5. Найдите cos β и sin β.
  11. Вектор длиной 8 образует с горизонтальным направлением угол 30°. Его горизонтальная и вертикальная компоненты положительны. Найдите обе компоненты.
  12. Катет равен 30 см, гипотенуза — 0,5 м. Найдите синус угла напротив этого катета. Объясните, почему ответ 60 неверен.

В задании 11 компоненты образуют катеты прямоугольного треугольника, а длина вектора — гипотенузу. Условие о положительных компонентах исключает неоднозначность направления. В задании 12 первым действием должна стать работа с единицами.

Ответы с пояснениями

Проверьте не только величины, но и названия сторон. В задачах с углами 30° и 60° одинаковый результат 5 может относиться к разным определениям: для одного угла это противолежащий катет, для другого прилежащий.

  1. Для A: BC противолежащий, AC прилежащий; для B — наоборот. Гипотенуза AB остаётся той же.
  2. sin α = 3/5, cos α = 4/5. Отношения составлены относительно угла напротив стороны 3.
  3. 5. Противолежащий катет равен 10 sin 30° = 10 · 1/2.
  4. 5. Прилежащий катет равен 10 cos 60° = 10 · 1/2.
  5. Оба равны 6√2. Синус и косинус 45° одинаковы: 12 · √2/2. Проверка: 72 + 72 = 144 = 12².
  6. Гипотенуза 10, второй катет 8. c = 6 : (3/5); затем b = √(100 − 36).
  7. Гипотенуза 10, противолежащий катет 6. c = 8 : (4/5); затем a = √(100 − 64).
  8. 13; sin α = 5/13, cos α = 12/13. Гипотенуза √(25 + 144) = 13.
  9. 12/13. cos α = √(1 − 25/169) = √(144/169). Выбираем положительный корень для острого угла.
  10. cos β = 3/5, sin β = 4/5. Для дополняющих углов синус одного равен косинусу другого. Второе значение получаем из треугольника или основного тождества.
  11. Горизонтальная — 4√3, вертикальная — 4. Горизонтальный катет прилежит к углу: 8 cos 30°. Вертикальный противолежит: 8 sin 30°. Проверка квадратов даёт 48 + 16 = 64.
  12. 0,6. Переводим 0,5 м в 50 см, затем считаем 30/50. Ответ 60 возник из деления чисел с разными единицами, а не из допустимого отношения длин.

Проверочный список

Перед сдачей решения сверяйте формулы с собственным чертежом. Табличное значение может быть вычислено безошибочно, но умножено на неверную сторону.

  • Прямой угол установлен по условию или доказан.
  • Гипотенуза найдена напротив прямого угла.
  • Противолежащий и прилежащий катеты определены относительно нужного острого угла.
  • В знаменателе определения синуса или косинуса стоит гипотенуза.
  • Длины приведены к одинаковым единицам.
  • Для гипотенузы выполнено деление, для катета при известной гипотенузе — умножение.
  • Синус и косинус острого угла положительны и меньше 1.
  • Точный ответ и десятичное приближение записаны с подходящими знаками.
  • Полученные три стороны проходят проверку по Пифагору.

Синус и косинус связывают угол с отношением сторон. Надёжное решение начинается с выбора угла и положения катетов, затем следует нужное отношение и вычисление. Этот порядок работает и для табличных углов, и для задач с заданным значением синуса или косинуса.