Vad är invers trigonometri?
De vanliga trigonometriska funktionerna tar en vinkel och ger ett tal: sin 30° = 0,5. De inversa funktionerna går åt andra hållet och tar talet tillbaka till vinkeln: arcsin 0,5 = 30°. Det är samma idé som för andra inversa funktioner, där roten är inversen till kvadraten och logaritmen inversen till exponentialfunktionen. Funktionerna heter arcsin, arccos och arctan, och skrivs ofta , och . På räknaren nås de med SHIFT eller 2nd före sin, cos och tan.
Beteckningen betyder alltså inte 1 delat med sin. Det är en vanlig källa till förvirring, eftersom annars betyder . Talet 1 delat med sinus har ett eget namn, cosekans.
Varför finns det flera svar?
Problemet med att gå baklänges är att många vinklar ger samma värde. I enhetscirkeln syns det tydligt: värdet sin v = 0,5 betyder att punkten ligger på höjden 0,5, och den höjden skär cirkeln på två ställen, vid 30° och vid 150°. Dessutom kommer man tillbaka till samma punkter efter varje helt varv. Ekvationen har därför oändligt många lösningar.
För att funktionerna ändå ska ge ett entydigt svar har man bestämt ett intervall för varje funktion, och räknaren svarar alltid med vinkeln i det intervallet. Den kallas huvudvärdet.
- arcsin ger en vinkel mellan −90° och 90°.
- arccos ger en vinkel mellan 0° och 180°.
- arctan ger en vinkel mellan −90° och 90°, gränserna inte medräknade.
De andra lösningarna får man med symmetrin i enhetscirkeln:
- sinus: om v är en lösning är även det. Allmänt eller .
- cosinus: om v är en lösning är även det. Allmänt .
- tangens: lösningarna upprepas redan efter ett halvt varv. Allmänt .
Här är n ett godtyckligt heltal. Det är den allmänna lösningen som kalkylatorn visar under rubriken Alla lösningar.
Räknade exempel
Ekvationen sin v = 0,5 ger huvudvärdet arcsin 0,5 = 30°, vilket är 0,5236 radianer. Lösningarna mellan 0° och 360° är 30° och 150°, och alla lösningar skrivs v = 30° + n · 360° eller v = 150° + n · 360°.
Ekvationen cos v = −0,5 ger arccos(−0,5) = 120°. Eftersom cosinus är symmetrisk kring x-axeln finns två lösningar inom ett varv: 120° och 240°. Notera att arccos av ett negativt tal ger en trubbig vinkel, aldrig en negativ vinkel.
En ramp som stiger 1 meter på 12 meters längd har lutningen tan v = 1/12. Vinkeln blir arctan(1/12) ≈ 4,76°. På samma sätt räknar lutningskalkylatorn om procent till grader. Ekvationen tan v = 0,25 ger v ≈ 14,04°. Nästa lösning kommer ett halvt varv senare, så inom ett varv blir lösningarna 14,04° och 194,04°.
Vet du att sin v = 0,7 i en triangel är vinkeln antingen 44,43° eller 135,57°. I en rätvinklig triangel är bara den spetsiga vinkeln möjlig, men i en allmän triangel kan båda fungera. Det är just det som gör sinussatsen tvetydig i vissa fall.
Användning i rätvinkliga trianglar
Den vanligaste användningen är att räkna ut en vinkel när två sidor är kända. I en rätvinklig triangel med motstående katet 3 och hypotenusa 5 är sin A = 0,6, och A = arcsin 0,6 ≈ 36,87°. Med kateterna 3 och 4 får du samma vinkel ur tan A = 0,75. Där behöver du inte bry dig om den andra lösningen, eftersom vinklarna i en rätvinklig triangel alltid är spetsiga och huvudvärdet då är rätt. Funktionerna åt andra hållet, från vinkel till värde, finns i sin-cos-tan-kalkylatorn.
Vanliga fel
- Värden utanför −1 och 1. Sinus och cosinus kan aldrig vara större än 1, så arcsin 1,25 finns inte. Kalkylatorn säger då: "Sinus kan bara anta värden mellan −1 och 1, så ekvationen sin v = 1,25 saknar lösning." Ofta har man delat hypotenusan med kateten i stället för tvärtom.
- Att bara ange räknarens svar när uppgiften frågar efter alla lösningar. Står det "lös ekvationen" utan att något intervall anges är det säkrast att ge den allmänna lösningen.
- Att använda 360° som period för tangens. Tangens upprepar sig efter 180°, så lösningarna till tan v = 1 är 45° och 225° inom ett varv.
- Fel vinkelläge. I radianläge ger SHIFT sin 0,5 svaret 0,5236, som är 30° uttryckt i radianer.
- Att glömma minustecken. arcsin(−0,5) är −30°, som motsvarar 330° inom ett varv.
Typiska provuppgifter
Den första typen är "bestäm vinkeln" i en triangel med två kända sidor. Där räcker huvudvärdet. Den andra typen är trigonometriska ekvationer som eller . Lösningsgången är att först isolera sin, cos eller tan, sedan ta fram huvudvärdet med invers funktion, därefter skriva den andra lösningen med symmetrin och sist lägga till perioden. Om vinkeln är multiplicerad, som i 2x, delar du hela uttrycket, även perioden, med 2 i sista steget.
Den tredje typen ber om lösningar i ett visst intervall, till exempel mellan 0° och 360°. Skriv då först den allmänna lösningen och pröva sedan heltal för n tills vinklarna hamnar utanför intervallet. Det är lätt att missa en lösning om man hoppar över det steget.
Tillämpningar
I bygg används arctan för att gå från en lutning eller ett mått till en vinkel, till exempel när man ska ställa in kapsågen för en snedsträva mellan två reglar. Vet du att strävan går 60 cm upp på 90 cm lutar den arctan(60/90) ≈ 33,7° mot vågrätt. Kapsågens skala räknas ofta från rakt snitt, så kontrollera om inställningen ska vara 33,7° eller 90° − 33,7° = 56,3°. I navigation och lantmäteri räknar man ut riktningar ur koordinatskillnader på samma sätt, och i fysiken ger arctan riktningen för en kraft eller en hastighet ur dess komposanter.
Så gör du på räknaren
- Ställ räknaren i gradläge om du vill ha svaret i grader.
- Tryck SHIFT sin (eller 2nd sin), skriv värdet och tryck =. SHIFT sin 0,5 = ger 30.
- Skriv kvoter inom parentes: SHIFT tan (60 ÷ 90) =.
- Räkna själv ut den andra lösningen, räknaren visar bara huvudvärdet.
Omvandling mellan grader och radianer gör grader- och radiankalkylatorn. Fler kalkylatorer finns bland kalkylatorerna för trigonometri och på matematiksidan.