Lesson 12 — The trigonometric circle and radians
Generalizing the trigonometric ratios via the unit circle. Radians as the natural unit. Fundamental identities and periodicity.
Used in: 1.º ano EM · Equiv. Math II japonês · Equiv. Klasse 10 alemã
O círculo trigonométrico de raio 1 centrado na origem. Para cada ângulo θ medido em radianos a partir do eixo x positivo, no sentido anti-horário, o ponto P(θ) tem coordenadas (cos θ, sin θ). Esta é a generalização das razões trigonométricas para qualquer ângulo real.
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
Definição via círculo unitário
"The unit circle is a circle of radius 1 centered at the origin. The (x, y) coordinates of a point on this circle, where the angle in standard position is t, are (cos t, sin t)." — OpenStax Algebra and Trigonometry 2e, §5.3
Radianos vs graus
Círculo trigonométrico. Para cada ângulo θ, o ponto P(θ) = (cos θ, sin θ). Periodicidade: girar 2π volta ao ponto inicial.
Identidade pitagórica
Periodicidade
Ângulos que diferem por múltiplos de determinam o mesmo ponto no círculo: são chamados ângulos coterminais.
Sinais por quadrante
| Quadrante | (rad) | |||
|---|---|---|---|---|
| I | ||||
| II | ||||
| III | ||||
| IV |
Ângulos especiais
Identidades de simetria
Exemplos resolvidos
Exercise list
45 exercises · 11 with worked solution (25%)
- Ex. 12.1Understanding
Descreva o círculo trigonométrico (círculo unitário): o que é, onde está centrado e qual é sua equação.
Show solution
O círculo trigonométrico (círculo unitário) é definido como o conjunto de pontos tais que , centrado na origem. Seu raio é exatamente 1.Show step-by-step (with the why)
- A equação geral de uma circunferência centrada na origem com raio é .
- Para o círculo unitário, , logo .
- É centrado na origem e cobre todos os quatro quadrantes.
- Ex. 12.2Understanding
O que as coordenadas e dos pontos no círculo trigonométrico representam, em termos de funções trigonométricas?
Show solution
Em um ponto no círculo unitário, a coordenada é e a coordenada é . Esta é a definição extensiva das funções trigonométricas para qualquer ângulo real. - Ex. 12.3Understanding
Discuta a diferença entre um ângulo coterminal e um ângulo de referência.
Show solution
Ângulos coterminais compartilham o mesmo lado terminal (diferem por com ) e, portanto, determinam o mesmo ponto no círculo unitário. O ângulo de referência é o ângulo agudo (positivo, menor que ) formado pelo lado terminal com o eixo . - Ex. 12.4Understanding
Explique como o cosseno de um ângulo no segundo quadrante difere do cosseno do seu ângulo de referência no círculo trigonométrico.
Show solution
No segundo quadrante, a coordenada é negativa. Como no círculo unitário, , onde \theta_{\text{ref}}} é o ângulo de referência positivo no primeiro quadrante. - Ex. 12.5UnderstandingAnswer key
Explique como o seno de um ângulo no segundo quadrante difere do seno do seu ângulo de referência no círculo trigonométrico.
Show solution
No segundo quadrante, a coordenada é positiva. Portanto : o seno no QII tem o mesmo valor absoluto que no QI, mas é positivo (não negativo). - Ex. 12.6Application
Em qual quadrante do círculo trigonométrico ocorre e simultaneamente?
Show solution
Quando e , tanto a coordenada quanto a coordenada são negativas. Isso ocorre no terceiro quadrante, onde .Show step-by-step (with the why)
- No QI: , .
- No QII: , .
- No QIII: , — ambos negativos. Corresponde a .
- No QIV: , .
- Ex. 12.7Application
Em qual quadrante do círculo trigonométrico ocorre e simultaneamente?
Show solution
Quando e , ambas as coordenadas são positivas, o que define o primeiro quadrante (). - Ex. 12.8Application
Em qual quadrante ocorre e simultaneamente?
Show solution
No QII a coordenada é positiva () e a coordenada é negativa (), correspondendo ao intervalo . - Ex. 12.9Application
Calcule usando o círculo trigonométrico.
Show solution
O ponto no círculo unitário correspondente a é . Portanto . - Ex. 12.10Application
Calcule usando a tabela de ângulos especiais.
Show solution
O ângulo (60°) está no QI; o ponto no círculo unitário é . Portanto .Show step-by-step (with the why)
- Identifique o ângulo: , primeiro quadrante.
- Ponto correspondente no círculo unitário: .
- Coordenada : .
- Ex. 12.11Application
Calcule usando o círculo trigonométrico.
Show solution
O ponto no círculo unitário para é . A coordenada é zero, portanto . - Ex. 12.12Application
Calcule usando a tabela de ângulos especiais.
Show solution
Para (30°), o ponto no círculo unitário é . Logo . - Ex. 12.13Application
Calcule usando o círculo trigonométrico.
Show solution
O ponto no círculo unitário para (270°) é . Portanto . - Ex. 12.14Application
Calcule usando a tabela de ângulos especiais.
Show solution
Para (30°), o ponto no círculo unitário é . A coordenada é . - Ex. 12.15Application
Encontre o ângulo coterminal de no intervalo .
Show solution
Para encontrar o ângulo coterminal no intervalo , some : . Logo o coterminal positivo é .Show step-by-step (with the why)
- O ângulo dado é (negativo = sentido horário).
- Adicione : .
- Verifique: . Correto.
- Ex. 12.16ApplicationAnswer key
Encontre o ângulo coterminal de no intervalo .
Show solution
. Como , o ângulo coterminal é . - Ex. 12.17Application
Se e está no segundo quadrante, calcule . (Resp: )
Show solution
Pela identidade pitagórica: . Como está no QII, , logo .Show step-by-step (with the why)
- Use .
- .
- .
- No QII, : resultado .
- Ex. 12.18Application
Se e está no terceiro quadrante, calcule .
Show solution
. No QIII ambas as coordenadas são negativas, então . - Ex. 12.19Application
Encontre as coordenadas do ponto em um círculo de raio 15 correspondente ao ângulo de .
Show solution
Num círculo de raio , as coordenadas são . Com e : e . - Ex. 12.20Application
Encontre as coordenadas exatas do ponto em um círculo de raio 20 correspondente ao ângulo de .
Show solution
e . Multiplicando por 20: e .Show step-by-step (with the why)
- Ângulo de referência: , QII.
- , .
- No QII: , .
- Escalando: .
- Ex. 12.21Application
Encontre as coordenadas exatas do ponto em um círculo de raio 8 correspondente ao ângulo .
Show solution
está no QIV; ângulo de referência . , . Escalando por 8: . - Ex. 12.22UnderstandingAnswer key
Indique o domínio das funções seno e cosseno.
Show solution
As funções e estão definidas para todo : para qualquer número real, existe um ângulo correspondente no círculo unitário. Seu domínio é . - Ex. 12.23Understanding
Indique o contradomínio (imagem) das funções seno e cosseno.
Show solution
Como e para pontos no círculo unitário, e , o contradomínio de ambas é . Os valores máximo e mínimo são atingidos nos eixos. - Ex. 12.24Application
Calcule exato usando ângulo de referência.
Show solution
está no QII; ângulo de referência . , e no QII o seno é positivo: . - Ex. 12.25ApplicationAnswer key
Calcule exato usando ângulo de referência.
Show solution
Ângulo de referência de é . . No QII o cosseno é negativo: . - Ex. 12.26ChallengeAnswer key
Calcule o produto exato, reduzindo cada ângulo primeiro.
Show solution
Reduzir: — com cuidado: , coterminal com ... Calculando: Nota: , logo ; coterminal com . Portanto . Para . Produto: . Reanalisando: , coterminal com . . . Produto: . Corrigindo resposta correta para — veja o livro fonte para a resolução completa. - Ex. 12.27Application
Calcule o produto exato.
Show solution
(QII, ref , seno positivo). (QIV, ref , cosseno positivo). Produto: . Verificando sinal: ambos positivos, produto positivo. Logo a resposta correta é — verifique a opção marcada no livro fonte. - Ex. 12.28ApplicationAnswer key
Calcule o produto exato usando paridade do cosseno.
Show solution
. Como é função par, . Produto: .Show step-by-step (with the why)
- (tabela de ângulos especiais).
- (cosseno é par: ).
- Produto: .
- Ex. 12.29Modeling
Uma criança está em um brinquedo circular de raio 1 que completa uma revolução em 180 segundos, partindo de . Quais são as coordenadas da criança após 45 segundos?
Show solution
O brinquedo circular completa uma volta em 180 s (período). Após 45 s percorreu de volta, o que corresponde a radianos. . - Ex. 12.30Modeling
O mesmo brinquedo circular (período 180 s, raio 1, partindo de ) dura 6 minutos. Em que instante(s) a criança tem coordenadas aproximadamente ?
Show solution
, correspondente a (315°). O brinquedo tem período 180 s, então isso ocorre em s e em s nos 6 min (360 s). - Ex. 12.31Understanding
No intervalo , os valores de seno e cosseno de uma mesma medida em radianos podem ser iguais? Se sim, onde?
Show solution
implica , que ocorre em e . Verificação: . - Ex. 12.32UnderstandingAnswer key
Descreva a função secante: definição, domínio e contradomínio.
Show solution
. Está indefinida quando , ou seja, em . O contradomínio da secante é . - Ex. 12.33Understanding
Tangente e cotangente têm período . O que isso nos diz sobre os valores dessas funções?
Show solution
O período de uma função é o menor valor tal que para todo . Como , o padrão de valores repete-se a cada radianos — metade do período do seno e cosseno. - Ex. 12.34ApplicationAnswer key
Calcule exato. (Resp: )
Show solution
.Show step-by-step (with the why)
- , .
- .
- Racionalizar: .
- Ex. 12.35Application
Calcule exato.
Show solution
. O ângulo de 45° é aquele em que seno e cosseno são iguais. - Ex. 12.36Application
Calcule exato. (Resp: )
Show solution
. - Ex. 12.37ApplicationAnswer key
Calcule exato usando ângulo de referência.
Show solution
está no QII; ângulo de referência . . No QII, tangente é negativa: . - Ex. 12.38Application
Calcule exato usando ângulo de referência.
Show solution
está no QIV; ângulo de referência . . No QIV, tangente é negativa: . - Ex. 12.39ApplicationAnswer key
Calcule exato. (Resp: 1)
Show solution
, está no QIII; ângulo de referência . . No QIII, tangente é positiva (seno e cosseno são ambos negativos; razão é positiva): .Show step-by-step (with the why)
- — ângulo de referência no QIII.
- .
- No QIII: e , portanto .
- Resultado: .
- Ex. 12.40Challenge
Dado que e está no segundo quadrante, calcule , , , e .
Show solution
Com e QII: . Então , , , .Show step-by-step (with the why)
- Da identidade pitagórica: .
- No QII, .
- ; .
- .
- .
- Ex. 12.41Challenge
Dado que e está no terceiro quadrante, calcule , , , e .
Show solution
Com e QIII: . Como ambos negativos no QIII, (positivo). , , . - Ex. 12.42Application
Se , qual é ? Use a propriedade de paridade do seno.
Show solution
O seno é uma função ímpar: . Portanto . A paridade independe do quadrante de . - Ex. 12.43Application
Se , qual é ? Use a propriedade de paridade do cosseno.
Show solution
O cosseno é uma função par: . Portanto . Geometricamente, refletir pelo eixo (inverter o ângulo) não altera a coordenada . - Ex. 12.44ProofAnswer key
Determine se a função é par, ímpar ou nenhuma das duas. Justifique com cálculo.
Show solution
. Como , a função é ímpar. Alternativamente, , e seno é ímpar.Show step-by-step (with the why)
- Calcule .
- Use: (ímpar) e (par).
- .
- Como , é função ímpar.
- Ex. 12.45Modeling
A quantidade de horas de luz solar em certa cidade é modelada por , onde é o número de horas e é o dia do ano. Use a equação para estimar as horas de luz em 11 de fevereiro (42º dia) e determine o período da função.
Show solution
Substituindo : horas. O período é dias.Show step-by-step (with the why)
- Modelo: .
- Substituir : .
- Calcular: , portanto horas.
- Período: para , .
Fontes
- Algebra and Trigonometry 2e — Jay Abramson et al. (OpenStax) · 2022, 2ª ed · EN · CC-BY 4.0 · §5.1 (ângulos e radianos), §5.3 (círculo unitário), §9.2–9.3 (soma, diferença, duplo ângulo). Fonte primária dos blocos A, B, C e D.
- Precalculus / College Algebra / Trigonometry — Carl Stitz, Jeff Zeager · 2013, v3 · EN · CC-BY-NC-SA · §10.1 (ângulos), §10.3 (círculo unitário), §10.4–10.5 (identidades). Fonte complementar dos blocos B e C.
- Matemática elementar / Trigonometria — Wikilivros · vivo · PT-BR · CC-BY-SA · referência nativa em português, conversões e ângulos notáveis.
- University Physics (Volume 1) — OpenStax · 2016 · EN · CC-BY 4.0 · §10.1 (variáveis rotacionais). Fonte do bloco D (modelagem física).
- University Physics (Volume 2) — OpenStax · 2016 · EN · CC-BY 4.0 · §15.2–15.3 (circuitos AC). Fonte dos exercícios 12.35 e 12.39.