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Trigonometria · Trigonometria

Rapporti dell'angolo somma di due angoli

Un geometra deve inclinare un pannello fotovoltaico sul tetto di una casa a Perugia: la falda è già inclinata di un angolo $\beta$ e il supporto aggiunge un angolo $\alpha$. Qual è l'inclinazione totale? E soprattutto: come si calcola $\operatorname{sen}(\alpha+\beta)$ conoscendo i rapporti dei due angoli separati? Attenzione: $\operatorname{sen}(\alpha+\beta)$ non è $\operatorname{sen}\alpha+\operatorname{sen}\beta$. La formula giusta è più lunga, ma permette di calcolare, senza calcolatrice, valori come $\operatorname{sen}75^\circ$ scomponendo $75^\circ = 45^\circ + 30^\circ$.

Le formule di addizione

Circonferenza goniometrica con due angoli consecutivi alfa e beta che formano l'angolo somma alfa più beta. β α α + β

Perché valgono? Dimostriamo prima il coseno della differenza, sulla circonferenza goniometrica. Siano $P(\cos\alpha;\operatorname{sen}\alpha)$ e $Q(\cos\beta;\operatorname{sen}\beta)$ i punti corrispondenti ai due angoli. La loro distanza al quadrato è

$$PQ^2=(\cos\alpha-\cos\beta)^2+(\operatorname{sen}\alpha-\operatorname{sen}\beta)^2 = 2-2(\cos\alpha\cos\beta+\operatorname{sen}\alpha\operatorname{sen}\beta).$$

Ruotando la figura di $-\beta$, i due punti diventano $(\cos(\alpha-\beta);\operatorname{sen}(\alpha-\beta))$ e $(1;0)$: la distanza non cambia, quindi $PQ^2 = 2-2\cos(\alpha-\beta)$. Confrontando:

$$\cos(\alpha-\beta)=\cos\alpha\cos\beta+\operatorname{sen}\alpha\operatorname{sen}\beta.$$

Sostituendo $\beta$ con $-\beta$ (il coseno è pari, il seno dispari) si ottiene il coseno della somma. Gli altri casi seguono dagli angoli associati: $\operatorname{sen}(\alpha+\beta)=\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha-\beta\right)=\cos\left(\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)-\beta\right)$, che sviluppato dà la formula del seno.

Esercitati★☆☆Da iniziare
Esprimi $\cos(x + \frac{\pi}{2})$ in funzione dei rapporti trigonometrici dell'angolo $x$ sviluppando la corrispondente formula di addizione e semplificando il risultato.

Esprimi $\cos(x + \frac{\pi}{2})$ in funzione dei rapporti trigonometrici dell'angolo $x$ sviluppando la corrispondente formula di addizione e semplificando il risultato.

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Angoli complementari e supplementari

Le formule di addizione e sottrazione hanno come casi particolari le relazioni tra angoli complementari e supplementari. Con $\beta=90^\circ$ o $\beta=180^\circ$ e $\operatorname{sen}90^\circ=1$, $\cos90^\circ=0$, $\operatorname{sen}180^\circ=0$, $\cos180^\circ=-1$ si ottiene:

Questo serve nei triangoli: se $A+B+C=180^\circ$, allora $C=180^\circ-(A+B)$ e quindi $\operatorname{tg}C=-\operatorname{tg}(A+B)$.

Esercitati★★★Da iniziare
In qualsiasi triangolo non rettangolo $ABC$, le misure dei suoi angoli interni verificano che $A + B + C = 180^\circ$. In un caso concreto, si conoscono le tangenti di…

In qualsiasi triangolo non rettangolo $ABC$, le misure dei suoi angoli interni verificano che $A + B + C = 180^\circ$. In un caso concreto, si conoscono le tangenti di due dei suoi angoli: $\tan A = 2$ e $\tan B = 3$.

  1. a) Sapendo che $C = 180^\circ - (A + B)$, applica le proprietà degli angoli supplementari per dimostrare la relazione che esiste tra $\tan C$ e $\tan(A + B)$.
  2. b) Applica la formula di addizione della tangente per calcolare il valore esatto di $\tan(A+B)$ e deduci il valore numerico di $\tan C$. A partire da esso, trova la misura esatta in gradi dell'angolo $C$ e stabilisci se il triangolo è acutangolo o ottusangolo.
  3. c) Verifica numericamente se per questo triangolo vale l'uguaglianza $\tan A + \tan B + \tan C = \tan A \cdot \tan B \cdot \tan C$. Successivamente, dimostra algebricamente che questa relazione è un'identità valida per qualsiasi triangolo non rettangolo, partendo dall'uguaglianza $\tan(A+B) = -\tan C$.
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Angoli non notevoli come somma di angoli notevoli

$75^\circ$, $105^\circ$, $15^\circ$ non sono tra gli angoli notevoli, ma si scrivono come somma o differenza di angoli che lo sono: $75^\circ=45^\circ+30^\circ$, $105^\circ=60^\circ+45^\circ$.

Scomposizione degli angoli di 75 e 105 gradi come somma di angoli notevoli. 45° + 30° = 75°non notevole 60° + 45° = 105°non notevole
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Calcola il valore esatto di $\sin(75^\circ)$ scomponendo l'angolo come somma di due angoli notevoli ($45^\circ$ e $30^\circ$).

Calcola il valore esatto di $\sin(75^\circ)$ scomponendo l'angolo come somma di due angoli notevoli ($45^\circ$ e $30^\circ$).

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Esercitati★☆☆Da iniziare
Determina il valore esatto di $\cos(105^\circ)$ utilizzando la formula del coseno della somma, sapendo che $105^\circ = 60^\circ + 45^\circ$.

Determina il valore esatto di $\cos(105^\circ)$ utilizzando la formula del coseno della somma, sapendo che $105^\circ = 60^\circ + 45^\circ$.

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Esercitati★☆☆Da iniziare
Trova il valore esatto di $\tan(75^\circ)$ applicando la formula della tangente della somma a partire dagli angoli di $45^\circ$ e $30^\circ$. Razionalizza il risultato…

Trova il valore esatto di $\tan(75^\circ)$ applicando la formula della tangente della somma a partire dagli angoli di $45^\circ$ e $30^\circ$. Razionalizza il risultato se necessario.

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Esercitati★☆☆Da iniziare
Lucia deve calcolare il valore esatto di $\cos(105^\circ)$ senza calcolatrice e decide di scomporre l'angolo come somma di due angoli notevoli:…

Lucia deve calcolare il valore esatto di $\cos(105^\circ)$ senza calcolatrice e decide di scomporre l'angolo come somma di due angoli notevoli: $105^\circ = 60^\circ + 45^\circ$. Nel suo compito scrive il seguente svolgimento:

$$\cos(105^\circ) = \cos(60^\circ + 45^\circ) = \cos(60^\circ)\cdot\cos(45^\circ) + \sin(60^\circ)\cdot\sin(45^\circ) = \frac{1}{2}\cdot\frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}\cdot\frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{2}+\sqrt{6}}{4} \approx 0,97$$

Rivedendo la prova corretta, nota che l'insegnante ha valutato l'esercizio con zero.

  1. a) Senza fare calcoli analitici, ragiona geometricamente, in base alla posizione sulla circonferenza goniometrica, sul perché il risultato di Lucia ($\approx 0,97$) è impossibile per un angolo di $105^\circ$.
  2. b) Individua e spiega con precisione l'errore concettuale o di formula commesso nella seconda uguaglianza del suo svolgimento.
  3. c) Correggi il procedimento e ottieni il valore esatto semplificato di $\cos(105^\circ)$.
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Le formule lette al contrario

Lette da destra a sinistra, le formule trasformano un'espressione di quattro termini in un solo rapporto.

Equivalenza tra l'espressione sen A cos B + cos A sen B e la forma compatta sen(A + B). sen A cos B + cos A sen B = sen(A + B)
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Semplifica la seguente espressione trigonometrica a un solo termine numerico esatto applicando le formule di addizione al contrario:…

Semplifica la seguente espressione trigonometrica a un solo termine numerico esatto applicando le formule di addizione al contrario:

$\sin(22^\circ)\cos(8^\circ) + \cos(22^\circ)\sin(8^\circ)$

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Riduci la seguente espressione a un valore numerico esatto: $\cos(40^\circ)\cos(20^\circ) - \sin(40^\circ)\sin(20^\circ)$

Riduci la seguente espressione a un valore numerico esatto:

$\cos(40^\circ)\cos(20^\circ) - \sin(40^\circ)\sin(20^\circ)$

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Esercitati★★☆Da iniziare
Calcola in modo esatto il valore dell'espressione $\sin(15^\circ)\cos(30^\circ) + \cos(15^\circ)\sin(30^\circ)$. Usa questo risultato geometrico per trovare l'area…

Calcola in modo esatto il valore dell'espressione $\sin(15^\circ)\cos(30^\circ) + \cos(15^\circ)\sin(30^\circ)$. Usa questo risultato geometrico per trovare l'area esatta di un parallelogramma i cui lati adiacenti misurano $8$ cm e $10$ cm, sapendo che l'angolo da essi formato è proprio la somma di $15^\circ$ e $30^\circ$.

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Esercitati★★☆Da iniziare
Dimostra la seguente identità trigonometrica sviluppando il numeratore mediante la formula corrispondente e semplificando la frazione:…

Dimostra la seguente identità trigonometrica sviluppando il numeratore mediante la formula corrispondente e semplificando la frazione:

$\frac{\sin(\alpha+\beta)}{\cos\alpha \cos\beta} = \tan\alpha + \tan\beta$

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Quando si conoscono solo i rapporti

Spesso non si conoscono gli angoli, ma solo qualche loro rapporto. Occorre prima trovare quelli mancanti con la relazione fondamentale $\operatorname{sen}^2\alpha+\cos^2\alpha=1$, scegliendo il segno in base al quadrante, e poi applicare la formula.

Esercitati★☆☆Da iniziare
Sapendo che $\sin \alpha = \frac{4}{5}$ e $\cos \beta = \frac{12}{13}$, e che sia $\alpha$ sia $\beta$ sono angoli acuti (appartenenti al primo quadrante), calcola il…

Sapendo che $\sin \alpha = \frac{4}{5}$ e $\cos \beta = \frac{12}{13}$, e che sia $\alpha$ sia $\beta$ sono angoli acuti (appartenenti al primo quadrante), calcola il valore esatto di $\sin(\alpha + \beta)$.

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Esercitati★☆☆Da iniziare
Dati due angoli $\alpha$ e $\beta$ tali che $\tan \alpha = 3$ e $\tan \beta = 2$, determina il valore esatto di $\tan(\alpha + \beta)$.

Dati due angoli $\alpha$ e $\beta$ tali che $\tan \alpha = 3$ e $\tan \beta = 2$, determina il valore esatto di $\tan(\alpha + \beta)$.

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Esercitati★★☆Da iniziare
Dati gli angoli $\alpha$ e $\beta$ tali che $\sin \alpha = \frac{3}{5}$ con $\alpha \in [\frac{\pi}{2}, \pi]$ e $\cos \beta = \frac{5}{13}$ con…

Dati gli angoli $\alpha$ e $\beta$ tali che $\sin \alpha = \frac{3}{5}$ con $\alpha \in [\frac{\pi}{2}, \pi]$ e $\cos \beta = \frac{5}{13}$ con $\beta \in [\frac{3\pi}{2}, 2\pi]$, calcola il valore esatto di $\cos(\alpha + \beta)$.

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Esercitati★★★Da iniziare
Un topografo osserva la sommità di un edificio con un angolo di elevazione $\alpha$, con $\cos \alpha = \frac{4}{5}$. Dietro questo edificio, sulla stessa linea visuale,…

Un topografo osserva la sommità di un edificio con un angolo di elevazione $\alpha$, con $\cos \alpha = \frac{4}{5}$. Dietro questo edificio, sulla stessa linea visuale, c'è una torre di telecomunicazioni. L'angolo di elevazione aggiuntivo dalla sommità dell'edificio fino alla punta della torre, misurato a partire dalla visuale precedente, è $\beta$, con $\sin \beta = \frac{7}{25}$. Sapendo che entrambi gli angoli sono acuti, calcola il valore esatto del coseno dell'angolo totale di elevazione $\alpha + \beta$ verso la punta della torre.

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Applicazioni: pannelli, rotte ed equazioni

Le formule servono ogni volta che due rotazioni o inclinazioni si sommano: un pannello fotovoltaico, un braccio robotico, la rotta di un aereo deviata dal vento. Servono anche per risolvere equazioni in cui compare l'angolo somma: si sviluppa, si porta tutto in $\operatorname{sen}x$ e $\cos x$ e si ricava $\operatorname{tg}x$.

Inclinazione di un pannello: angolo alfa a cui si aggiungono altri 15 gradi. α +15°
Esercitati★★☆Da iniziare
In un progetto di ingegneria solare, un pannello fotovoltaico ha un'inclinazione iniziale $\alpha$ tale che $\tan \alpha = \frac{3}{4}$. Per ottimizzare la captazione in…

In un progetto di ingegneria solare, un pannello fotovoltaico ha un'inclinazione iniziale $\alpha$ tale che $\tan \alpha = \frac{3}{4}$. Per ottimizzare la captazione in inverno, un meccanismo aumenta l'inclinazione di un angolo aggiuntivo di $15^\circ$. Calcola il valore esatto di $\tan(\alpha + 15^\circ)$ senza usare approssimazioni decimali, sapendo che $\tan(15^\circ) = 2 - \sqrt{3}$.

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Esercitati★★☆Da iniziare
Sapendo che $\tan \alpha = \frac{1}{2}$ e che la tangente dell'angolo somma è $\tan(\alpha + \beta) = 3$, determina il valore esatto di $\tan \beta$ impostando…

Sapendo che $\tan \alpha = \frac{1}{2}$ e che la tangente dell'angolo somma è $\tan(\alpha + \beta) = 3$, determina il valore esatto di $\tan \beta$ impostando l'equazione corrispondente a partire dalla formula di addizione.

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Esercitati★★★Da iniziare
Risolvi l'equazione trigonometrica $\sin(x + 30^\circ) = 2\cos x$ per l'intervallo $x \in [0^\circ, 360^\circ)$. Esprimi le soluzioni in forma esatta in gradi.

Risolvi l'equazione trigonometrica $\sin(x + 30^\circ) = 2\cos x$ per l'intervallo $x \in [0^\circ, 360^\circ)$. Esprimi le soluzioni in forma esatta in gradi.

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Vuoi tornare al punto di partenza? L'inclinazione totale del pannello si ottiene con $\operatorname{tg}(\alpha+\beta)$ o $\operatorname{sen}(\alpha+\beta)$ calcolati con le formule di questa pagina, senza mai sommare i rapporti.

In sintesi

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