| Arco-seno | |
|---|---|
| Arco-cosseno | |
| Arco-tangente | |
| Desfazer o seno |
Lição
A teoria — Funções Trigonométricas Inversas
As funções trigonométricas inversas sin⁻¹ x, cos⁻¹ x e tan⁻¹ x (também escritas arcsen, arccos e arctan) devolvem o único ângulo num intervalo prefixado, o chamado valor principal, cujo seno, cosseno ou tangente vale x. O −1 indica a função inversa e não uma potência: sin⁻¹ x não é 1/sin x.
De onde vem a fórmula
- O seno não é injetivo. Uma infinidade de ângulos partilha o mesmo valor de seno; assim, dizer «o ângulo cujo seno é ½» não identifica ângulo algum enquanto não se fixar uma convenção.
- Restringir para inverter. De −π/2 a π/2, o seno cresce de −1 a 1 e assume cada valor uma única vez, admitindo aí uma inversa. Pelo mesmo motivo, restringe-se o cosseno a 0 ≤ y ≤ π e a tangente a −π/2 < y < π/2.
- A anulação só funciona num sentido. Temos sin(sin⁻¹ x) = x para qualquer x admissível, mas sin⁻¹(sin θ) só devolve θ se o próprio θ já pertencer ao intervalo. Caso contrário, devolve o ângulo desse intervalo que tem o mesmo seno.
- As composições resolvem-se num triângulo retângulo. Seja y = sin⁻¹ x, de modo que sin y = x. O teorema de Pitágoras fornece o outro cateto, cabendo ao intervalo ditar o respetivo sinal.
- Pressupõe
- sin⁻¹ e cos⁻¹ admitem apenas valores com −1 ≤ x ≤ 1; tan⁻¹ aceita qualquer número real.
Problemas resolvidos na íntegra
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Um seno negativo 2 passos
Determine o valor exato de sin⁻¹(−1/2).
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A resposta tem de pertencer ao intervalo de sin⁻¹:
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Como π/6 tem seno igual a 1/2 e a função seno é ímpar, o ângulo no intervalo é −π/6:
Resposta
sin⁻¹(−1/2) = −π/6. Os ângulos 7π/6 e 11π/6 têm o mesmo seno, mas situam-se fora do intervalo.
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Um cosseno negativo 2 passos
Determine o valor exato de cos⁻¹(−√3/2).
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O intervalo vai de 0 a π, sendo o ângulo de referência π/6:
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Dentro do intervalo, o cosseno só é negativo para lá de π/2; logo, o ângulo pretendido é π − π/6:
Resposta
cos⁻¹(−√3/2) = 5π/6.
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Uma tangente inversa 2 passos
Determine o valor exato de tan⁻¹(−√3).
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A função tan⁻¹ admite qualquer número real e responde estritamente entre −π/2 e π/2:
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Temos tan(π/3) = √3, e a tangente é uma função ímpar:
Resposta
tan⁻¹(−√3) = −π/3.
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Que inversas existem 2 passos
Quais destas expressões estão definidas: sin⁻¹ 1,5, cos⁻¹(−1,2) e tan⁻¹ 1,5? Calcule as que existirem.
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O seno e o cosseno são coordenadas de pontos no círculo trigonométrico, pelo que sin⁻¹ e cos⁻¹ só admitem valores entre −1 e 1:
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A tangente atinge todos os valores reais, pelo que tan⁻¹ 1,5 existe. Não sendo um ângulo notável, obtém-se o valor na calculadora em radianos:
Resposta
Apenas tan⁻¹ 1,5 ≈ 0,9828, cerca de 56,3099°. As expressões sin⁻¹ 1,5 e cos⁻¹(−1,2) não estão definidas.
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Desfazer o seno fora do intervalo 2 passos
Calcule sin⁻¹(sin 5π/6).
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Como 5π/6 fica fora do intervalo, a resposta não pode ser 5π/6:
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O ângulo π − θ tem o mesmo seno de θ, e π − 5π/6 pertence ao intervalo:
Resposta
sin⁻¹(sin 5π/6) = π/6.
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Desfazer o cosseno fora do intervalo 2 passos
Calcule cos⁻¹(cos 4π/3).
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4π/3 ultrapassa π, ficando fora do intervalo:
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O ângulo 2π − θ tem o mesmo cosseno de θ, pois o cosseno é par com período 2π, e 2π − 4π/3 pertence ao intervalo:
Resposta
cos⁻¹(cos 4π/3) = 2π/3.
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Composição com argumento negativo 3 passos
Determine o valor exato de tan(cos⁻¹(−3/5)).
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Designemos o ângulo por y. Sendo o seu cosseno igual a −3/5, o intervalo coloca-o para lá de π/2:
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O seno é positivo nesse quadrante; logo, a partir de sin²y + cos²y = 1,
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e como tan y = sin y / cos y:
Resposta
tan(cos⁻¹(−3/5)) = −4/3.
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Composição em termos de x 3 passos
Exprima cos(sin⁻¹ x) em termos de x e confirme o resultado em x = −3/5.
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Chamemos y ao ângulo. O intervalo de sin⁻¹ mantém y entre −π/2 e π/2, onde o cosseno nunca é negativo:
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pelo que a raiz assume o sinal positivo:
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Para x = −3/5:
Resposta
cos(sin⁻¹ x) = √(1 − x²), sem qualquer ±, para todo o x de −1 a 1.
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Equação com função inversa 2 passos
Resolva cos⁻¹ x = 2π/3 e, em seguida, cos⁻¹ x = −π/3.
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Aplicando o cosseno a ambos os membros: como 2π/3 pertence ao intervalo, esta é a única solução:
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O arco-cosseno nunca devolve −π/3, valor situado fora do respetivo intervalo:
Resposta
x = −1/2 na primeira; a segunda não tem solução. De facto, cos(−π/3) = 1/2, mas cos⁻¹(1/2) vale π/3.
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Problemas suplementares, só com a resposta
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Calcule tan⁻¹(tan 2π/3).
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−π/3, ou seja, 2π/3 − π.
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Calcule cos⁻¹(cos(−2π/5)).
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2π/5, dado que o cosseno é uma função par.
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Calcule sin⁻¹(sin 4), com 4 em radianos.
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π − 4 ≈ −0,8584, porque 4 se situa entre π/2 e 3π/2.
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Determine o valor exato de sin(cos⁻¹(−12/13)).
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5/13: o ângulo fica para lá de π/2, onde o seno é positivo.
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Exprima tan(sin⁻¹ x) em termos de x.
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x/√(1 − x²), para −1 < x < 1.
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Mostre que sin⁻¹ x + cos⁻¹ x = π/2 para −1 ≤ x ≤ 1 e confirme para x = −1/2.
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Se y = sin⁻¹ x, então cos(π/2 − y) = sin y = x; como π/2 − y se situa entre 0 e π, temos π/2 − y = cos⁻¹ x.
Percurso de aprendizagem
Identidades e equações trigonométricas
Referências (1)
- The domains and principal ranges of sin⁻¹, cos⁻¹ and tan⁻¹, sin⁻¹(sin x) = x only for −π/2 ≤ x ≤ π/2, the warning that sin⁻¹ x is not 1/sin x, and compositions such as cos(sin⁻¹ x) by a right triangle: J. Abramson, Precalculus 2e, OpenStax (2021), section 6.3, “Inverse Trigonometric Functions”.