Тангенс угла — тригонометрическая функция¶
Тангенс угла — одна из основных тригонометрических функций, численно равная отношению синуса угла к его косинусу. Для острого угла прямоугольного треугольника тангенс определяется как отношение противолежащего катета к прилежащему. Тангенс обозначается tg (лат. tangens — «касающийся») и является важнейшим понятием школьной математики, наряду с синусом и косинусом входя в основной набор тригонометрических функций.
¶Определение
¶В прямоугольном треугольнике
Для острого угла α прямоугольного треугольника:
tg α = a / b,
где a — катет, противолежащий углу α, а b — катет, прилежащий к этому углу. Такое определение справедливо для углов от 0° до 90° (не включая 90°, при котором прилежащий катет обращается в ноль).
¶Через синус и косинус
Для любого угла, при котором косинус не равен нулю:
tg α = sin α / cos α.
Это определение позволяет расширить область значений тангенса на произвольные углы, включая отрицательные и превышающие 360°.
¶На единичной окружности
При построении на единичной окружности тангенс угла α — это ордината точки пересечения касательной к окружности в точке (1; 0) с продолжением радиуса, проведённого под углом α к оси абсцисс. Отсюда и произошло название функции: латинское tangens означает «касающийся».
¶Область определения и область значений
Тангенс определён для всех углов, кроме тех, при которых cos α = 0, то есть α = 90° + 180°·n, где n — целое число (в градусной мере). В радианной мере это α = π/2 + π·n.
Область значений тангенса — вся числовая прямая: функция принимает любые вещественные значения от −∞ до +∞.
¶Основные свойства
| Свойство | Формула |
|---|---|
| Периодичность | tg(α + π) = tg α |
| Чётность | tg(−α) = −tg α (функция нечётная) |
| Основное тригонометрическое тождество | 1 + tg²α = 1 / cos²α |
| Сумма аргументов | tg(α + β) = (tg α + tg β) / (1 − tg α · tg β) |
| Двойной аргумент | tg 2α = 2 tg α / (1 − tg²α) |
Период тангенса равен π (или 180°), что отличает его от синуса и косинуса, период которых составляет 2π.
¶График функции
График тангенса (тангенсоида) состоит из бесконечного числа несвязных ветвей, каждая из которых определена на интервале (−π/2 + π·n; π/2 + π·n). Каждая ветвь строго возрастает от −∞ до +∞, проходя через нуль в точке α = π·n. В точках α = π/2 + π·n функция имеет вертикальные асимптоты x = π/2 + π·n.
¶Значения для стандартных углов
| Угол (градусы) | 0° | 30° | 45° | 60° | 90° |
|---|---|---|---|---|---|
| Угол (радианы) | 0 | π/6 | π/4 | π/3 | π/2 |
| tg α | 0 | √3/3 | 1 | √3 | не существует |
¶Арктангенс
Функция, обратная тангенсу, называется арктангенсом (обозначение arctg или tg⁻¹). Арктангенс определён на всей числовой прямой и принимает значения в интервале (−π/2; π/2). С его помощью можно восстановить угол по известному значению тангенса.
¶Применение
Тангенс применяется в широком спектре задач:
- Геометрия и тригонометрия — решение прямоугольных и произвольных треугольников, вычисление площадей и длин.
- Физика — расчёт уклонов и наклонов, определение составляющих векторов, задачи на движение по наклонной плоскости.
- Астрономия — вычисление высоты небесных тел над горизонтом.
- Геодезия — определение перепадов высот, построение профилей местности.
- Инженерное дело — расчёт уклонов трубопроводов и дорог, определение крутизны спусков.
- Компьютерная графика — преобразование координат, построение перспективных проекций.
¶Историческая справка
Понятие тангенса возникло в связи с задачами геометрии и астрономии. Индийские математики VI–VII веков использовали величину, эквивалентную котангенсу, при вычислениях тригонометрических таблиц. Термин «тангенс» ввёл датский математик Тихо Браге в конце XVI века. Развитие теории тангенса связано с именами Евклида (задачи на построение касательных), Птолемея, а позже — с работами Леонарда Эйлера, который предложил современное обозначение tg и сформулировал тангенс как отношение синуса к косинусу для произвольных углов.
¶Смежные функции
Котангенс (cot) — функция, обратная тангенсу: cot α = cos α / sin α = 1 / tg α. Секанс (sec) и косеканс (csc) дополняют набор шести основных тригонометрических функций, тесно связанных между собой.
¶Источники
- Кудрявцев Л. Д. Курс математического анализа
- Ильин В. А., Садовничий В. А., Сенокосов Б. Е. Математический анализ
- Пискунов Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисление
- Гмурман В. Е. Руководство по решению задач по математическому анализу
