Lompat ke konten

Fungsi Trigonometri dan Kutub

AP Pra-Kalkulus · Topik 3

Pelajaran video untuk topik ini Buka halaman video
8:08

Fungsi Trigonometri & Kutub

Perhatikan sebuah titik bergerak mengelilingi lingkaran dengan kecepatan konstan. Tingginya naik, turun, dan naik lagi, berulang-ulang. Jejakkan tinggi tersebut terhadap waktu, dan Anda akan mendapatkan…

Narasi bahasa Inggris · Subtitle bahasa Inggris + 中文 disematkan langsung

3.1

Fenomena Periodik

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.1.A: Membangun grafik hubungan berkala berdasarkan representasi verbal.

  • 3.1.A.1 Hubungan berkala dapat diidentifikasi antara dua aspek konteks jika, seiring bertambahnya nilai input, nilai output menunjukkan pola yang berulang dalam interval-interval berurutan yang memiliki panjang sama.
  • 3.1.A.2 Grafik hubungan berkala dapat dibangun dari grafik satu siklus tunggal dari hubungan tersebut.

Tujuan Pembelajaran 3.1.B: Mendeskripsikan karakteristik utama fungsi berkala berdasarkan representasi verbal.

  • 3.1.B.1 Periode fungsi adalah nilai positif terkecil $k$ sedemikian rupa sehingga $f(x + k) = f(x)$ untuk semua $x$ dalam domain. Akibatnya, perilaku fungsi berkala sepenuhnya ditentukan oleh interval apa pun yang memiliki lebar $k$.
  • 3.1.B.2 Periode dapat diestimasi dengan menyelidiki nilai output berurutan yang memiliki panjang sama dan menemukan di mana pola mulai berulang.
  • 3.1.B.3 Fungsi berkala mengambil karakteristik dari fungsi lainnya, seperti interval peningkatan dan penurunan, kelengkungan yang berbeda, dan berbagai tingkat perubahan. Namun, dengan fungsi berkala, semua karakteristik yang ditemukan dalam satu periode fungsi akan ada di setiap periode fungsi.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

ISS dalam orbit: fungsi trigonometri dan polar mendeskripsikan gerakan periodik dan melingkar
ISS dalam orbit: fungsi trigonometri dan polar mendeskripsikan gerakan periodik dan melingkar

Suatu hubungan bersifat periodik jika pola outputnya berulang pada langkah input yang teratur. Periode adalah nilai positif terkecil $k$ dengan $f(x+k)=f(x)$ untuk semua $x$. Anda dapat membangun seluruh grafik dengan menyalin satu siklus, dan memperkirakan periode dengan mencari seberapa jauh jarak pengulangan pola. Dalam setiap siklus, fungsi periodik masih memiliki interval peningkatan/penurunan dan maksimum/mínimum.

Gelombang sin dan cos antara -1 dan 1; tan terputus di 90 dan 270 derajat
Gelombang sin dan cos antara -1 dan 1; tan terputus pada 90 dan 270 derajat
Roda Ferris Raksasa Wina melawan langit biru
Saat roda Ferris berputar stabil, ketinggian Anda naik dan turun berulang kali — gelombang sinus nyata dalam waktu
Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
periodic/ˌpɪərɪˈɒdɪk/ periodik
period/ˈpɪərɪəd/ tempoh
cycle/ˈsaɪkl/ siklus
standard position/ˈstændəd pəˈzɪʃn/ Posisi standar
3.2

Sinus, Kosinus, dan Tangen

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.2.A: Menentukan sinus, kosinus, dan tangen dari suatu sudut menggunakan lingkaran satuan.

  • 3.2.A.1 Pada bidang koordinat, suatu sudut berada dalam posisi standar ketika puncaknya berimpit dengan titik asal dan salah satu sinar berimpit dengan sumbu $x$ positif. Sinar lainnya disebut sinar terminal. Ukuran sudut positif dan negatif menunjukkan rotasi dari sumbu $x$ positif ke arah berlawanan jarum jam dan searah jarum jam, masing-masing. Sudut-sudut dalam posisi standar yang berbagi sinar terminal berbeda dengan kelipatan bulat jumlah putaran.
  • 3.2.A.2 Ukuran radian dari suatu sudut dalam posisi standar adalah rasio antara panjang busur lingkaran yang berpusat di titik asal yang dibentang oleh sudut tersebut terhadap jari-jari lingkaran itu sendiri. Untuk lingkaran satuan, yang memiliki jari-jari $1$, ukuran radian sama dengan panjang busur yang dibentang.
  • 3.2.A.3 Diberikan sudut dalam posisi standar dan lingkaran yang berpusat di titik asal, terdapat sebuah titik, $P$, di mana sinar terminal memotong lingkaran. Sinus dari sudut tersebut adalah rasio perpindahan vertikal $P$ dari $x$-axis terhadap jarak antara titik asal dan titik $P$. Oleh karena itu, untuk lingkaran satuan, sinus dari sudut tersebut adalah koordinat $y$ dari titik $P$.
  • 3.2.A.4 Diberikan sudut dalam posisi standar dan lingkaran yang berpusat di titik asal, terdapat sebuah titik, $P$, di mana sinar terminal memotong lingkaran. Kosinus dari sudut tersebut adalah rasio perpindahan horizontal $P$ dari $y$-axis terhadap jarak antara titik asal dan titik $P$. Oleh karena itu, untuk lingkaran satuan, kosinus dari sudut tersebut adalah koordinat $x$ dari titik $P$.
  • 3.2.A.5 Diberikan sudut dalam posisi standar, tangens dari sudut tersebut adalah kemiringan (slope), jika ada, dari sinar terminal. Karena kemiringan sinar terminal adalah rasio perpindahan vertikal terhadap perpindahan horizontal sepanjang interval apa pun, tangens dari sudut tersebut adalah rasio koordinat $y$ terhadap koordinat $x$ dari titik di mana sinar terminal memotong lingkaran satuan; secara alternatif, ini adalah rasio sinus sudut terhadap kosinusnya.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Sudut berada dalam posisi standar ketika titik sudutnya di origin dan ray awalnya terletak pada sumbu $x$ positif. Ukurannya dalam radian adalah panjang busur pada lingkaran satuan. Untuk titik $P$ di mana ray terminal bertemu lingkaran berjari-jari $r$:

$$\cos\theta = \frac{x}{r},\qquad \sin\theta = \frac{y}{r},\qquad \tan\theta = \frac{y}{x}\ (\text{the slope of the terminal ray}).$$

Menamakan sisi segitiga siku-siku dari sudut
Menamakan sisi segitiga siku-siku dari sudut
Jelajahi

Membaca sinus dan kosinus dari lingkaran satuan

Pada lingkaran satuan, titik pada sudut $\theta$ memiliki koordinat $(\cos\theta,\ \sin\theta)$. Putar sudut untuk melihat sinus dan kosinus melacak tinggi dan lebar.

Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
radian/ˈreɪdɪən/ radian
equilateral triangle/ˌiːkwɪˈlætərəl ˈtraɪæŋɡl/ Segitiga sama sisi
quadrant/ˈkwɒdrənt/ Kuadran
3.3

Nilai Fungsi Sinus dan Kosinus

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.3.A: Menentukan koordinat titik-titik pada lingkaran yang berpusat di titik asal.

  • 3.3.A.1 Diberikan sudut berukuran $\theta$ dalam posisi standar dan lingkaran dengan jari-jari $r$ yang berpusat di titik asal, terdapat sebuah titik, $P$, di mana sinar terminal memotong lingkaran. Koordinat dari titik $P$ adalah $(r\cos\theta, r\sin\theta)$.
  • 3.3.A.2 Geometri segitiga siku-siku sama kaki dan segitiga sama sisi, sambil memperhatikan tanda-nilai berdasarkan kuadran dari sudut tersebut, dapat digunakan untuk menemukan nilai eksak dari kosinus dan sinus dari sudut-sudut yang merupakan kelipatan dari $\dfrac{\pi}{4}$ dan $\dfrac{\pi}{6}$ radian serta sinar terminalnya tidak terletak pada sumbu.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Pada lingkaran berjari-jari $r$, $x=r\cos\theta$ dan $y=r\sin\theta$. Nilai eksak pada sudut istimewa ($0,\tfrac{\pi}{6},\tfrac{\pi}{4},\tfrac{\pi}{3},\tfrac{\pi}{2},\dots$) berasal dari geometri segitiga sama kaki dan segitiga sama sisi, dengan tanda ditentukan oleh kuadran sudut.

3.4

Grafik Fungsi Sinus dan Kosinus

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.4.A: Membangun representasi fungsi sinus dan kosinus menggunakan lingkaran satuan.

  • 3.4.A.1 Diberikan sudut berukuran $\theta$ dalam posisi standar dan lingkaran satuan yang berpusat di titik asal, terdapat sebuah titik, $P$, di mana sinar terminal memotong lingkaran. Fungsi sinus, $f(\theta) = \sin\theta$, memberikan koordinat $y$, atau perpindahan vertikal dari $x$-axis, dari titik $P$. Domain dari fungsi sinus adalah semua bilangan real.
  • 3.4.A.2 Seiring dengan meningkatnya nilai input, atau ukuran sudut, dari fungsi sinus, nilai output berosilasi antara $-1$ dan $1$, melewati setiap nilai di antaranya, dan melacak jarak vertikal titik-titik pada lingkaran satuan dari sumbu $x$.
  • 3.4.A.3 Diberikan sudut berukuran $\theta$ dalam posisi standar dan lingkaran satuan berpusat di titik asal, terdapat titik, $P$, di mana sinar terminal memotong lingkaran. Fungsi kosinus, $f(\theta) = \cos\theta$, memberikan koordinat-$x$, atau perpindahan horizontal dari sumbu-$y$, dari titik $P$. Domain fungsi kosinus mencakup semua bilangan real.
  • 3.4.A.4 Seiring dengan meningkatnya nilai input, atau ukuran sudut, dari fungsi kosinus, nilai output berosilasi antara $-1$ dan $1$, melewati setiap nilai di antaranya, dan melacak jarak horizontal titik-titik pada lingkaran satuan dari sumbu $y$.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Lingkaran satuan menggambarkan kurva sinus

Pada lingkaran satuan ($r=1$), $\sin\theta$ adalah koordinat-$y$ dan $\cos\theta$ adalah koordinat-$x$. Saat $\theta$ meningkat, keduanya berosilasi dengan mulus antara $-1$ dan $1$ dengan periode $2\pi$. Sine dimulai dari $0$ (naik); cosine dimulai dari $1$. Keduanya merupakan gelombang yang sama yang digeser sejauh $\tfrac{\pi}{2}$.

y = sin x dan y = cos x adalah gelombang mulus antara -1 dan 1
y = sin x dan y = cos x adalah gelombang mulus antara -1 dan 1
Jelajahi

Menggambar gelombang sinus

Menggulung lingkaran menghasilkan gelombang $y=\sin x$: berulang setiap $2\pi$ (periode) dan berayun antara $-1$ dan $1$ (amplitudo).

Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
unit circle/ˈjuːnɪt ˈsɜːkl/ lingkaran satuan
oscillate/ˈɒsɪleɪt/ berosilasi
sinusoidal function/ˌsaɪnəˈsɔɪdl ˈfʌŋkʃn/ fungsi sinusoidal
frequency/ˈfriːkwənsi/ frekuensi
Amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ Amplitudo
Midline/ˈmɪdlaɪn/ Garis tengah
phase shift/feɪz ʃɪft/ geseran fase
inverse trigonometric functions/ɪnˈvɜːs ˌtrɪɡənəʊˈmetrɪk ˈfʌŋkʃnz/ fungsi trigonometri invers
3.5

Fungsi Sinusoidal

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.5.A: Mengidentifikasi karakteristik utama fungsi sinus dan kosinus.

  • 3.5.A.1 Fungsi sinusoidal adalah fungsi apa pun yang melibatkan transformasi aditif dan perkalian dari $f(\theta) = \sin\theta$. Fungsi sinus dan kosinus keduanya merupakan fungsi sinusoidal, dengan $\cos\theta = \sin\left(\theta + \dfrac{\pi}{2}\right)$.
  • 3.5.A.2 Periode dan frekuensi dari suatu fungsi sinusoidal saling berkebalikan. Periode dari $f(\theta) = \sin\theta$ dan $g(\theta) = \cos\theta$ adalah $2\pi$, dan frekuensinya adalah $\dfrac{1}{2\pi}$.
  • 3.5.A.3 Amplitudo dari suatu fungsi sinusoidal adalah setengah dari selisih antara nilai maksimum dan minimumnya. Amplitudo dari $f(\theta) = \sin\theta$ dan $g(\theta) = \cos\theta$ adalah $1$.
  • 3.5.A.4 Garis tengah (midline) dari grafik fungsi sinusoidal ditentukan oleh rata-rata, atau mean aritmatika, dari nilai maksimum dan minimum fungsi tersebut. Garis tengah dari grafik $y = \sin\theta$ dan $y = \cos\theta$ adalah $y = 0$.
  • 3.5.A.5 Seiring dengan meningkatnya nilai input, grafik fungsi sinusoidal berosilasi antara cekung ke bawah dan cekung ke atas.
  • 3.5.A.6 Grafik $y = \sin\theta$ memiliki simetri rotasi terhadap titik asal sehingga merupakan fungsi ganjil. Grafik $y = \cos\theta$ memiliki simetri refleksi terhadap sumbu $y$ sehingga merupakan fungsi genap.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Fungsi sinusoidal adalah transformasi apa pun dari sinus (atau kosinus). Fitur utamanya:

  • Periode dan frekuensi saling berkebalikan; $\sin\theta$ memiliki periode $2\pi$.
  • Amplitudo = setengah jarak antara nilai maksimum dan minimum output.
  • Garis tengah $y=d$ = rata-rata dari nilai maksimum dan minimum (garis horizontal pusat).

Grafik bergantian cekung ke atas dan cekung ke bawah setiap setengah siklus.

Contoh terpecahkan. Untuk $f(\theta)=3\sin(2\theta)+1$: amplitudonya adalah $3$, periodenya $\dfrac{2\pi}{2}=\pi$, dan garis tengahnya $y=1$. Jadi output maksimumnya adalah $1+3=4$ dan minimumnya $1-3=-2$.

3.6

Transformasi Fungsi Sinusoidal

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.6.A: Mengidentifikasi amplitudo, pergeseran vertikal, periode, dan pergeseran fase dari suatu fungsi sinusoidal.

  • 3.6.A.1 Fungsi yang dapat ditulis dalam bentuk $f(\theta) = a\sin(b(\theta + c)) + d$ atau $g(\theta) = a\cos(b(\theta + c)) + d$, di mana $a, b, c,$ dan $d$ adalah bilangan real dan $a \neq 0$, adalah fungsi sinusoidal dan merupakan transformasi dari fungsi sinus dan kosinus. Transformasi aditif dan perkalian sama untuk kedua fungsi sinus dan kosinus karena fungsi kosinus adalah pergeseran fase dari fungsi sinus sebesar $-\dfrac{\pi}{2}$ unit.
  • 3.6.A.2 Grafik dari transformasi aditif $g(\theta) = \sin\theta + d$ dari fungsi sinus $f(\theta) = \sin\theta$ adalah translasi vertikal dari grafik $f$, termasuk garis tengahnya, sebanyak $d$ unit. Transformasi yang sama pada fungsi kosinus menghasilkan hasil yang sama.
  • 3.6.A.3 Grafik dari transformasi aditif $g(\theta) = \sin(\theta + c)$ dari fungsi sinus $f(\theta) = \sin\theta$ adalah translasi horizontal, atau pergeseran fase, dari grafik $f$ sebanyak $-c$ unit. Transformasi yang sama pada fungsi kosinus menghasilkan hasil yang sama.
  • 3.6.A.4 Grafik dari transformasi perkalian $g(\theta) = a\sin\theta$ dari fungsi sinus $f(\theta) = \sin\theta$ adalah dilatasi vertikal dari grafik $f$ dan berbeda dalam amplitudo dengan faktor $|a|$. Transformasi yang sama pada fungsi kosinus menghasilkan hasil yang sama.
  • 3.6.A.5 Grafik dari transformasi perkalian $g(\theta) = \sin(b\theta)$ dari fungsi sinus $f(\theta) = \sin\theta$ adalah dilatasi horizontal dari grafik $f$ dan berbeda dalam periode dengan faktor $\left|\dfrac{1}{b}\right|$. Transformasi yang sama pada fungsi kosinus menghasilkan hasil yang sama.
  • 3.6.A.6 Grafik $y = f(\theta) = a\sin(b(\theta + c)) + d$ memiliki amplitudo $|a|$ unit, periode $\left|\dfrac{1}{b}\right|2\pi$ unit, pergeseran vertikal garis tengah $d$ unit dari $y = 0$, dan pergeseran fase $-c$ unit. Transformasi yang sama pada fungsi kosinus menghasilkan hasil yang sama.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Amplitudo, periode & fase sinusoid

Sinusoid umum adalah

$$f(\theta)=a\sin\big(b(\theta+c)\big)+d \quad\text{or}\quad a\cos\big(b(\theta+c)\big)+d,$$
di mana $|a|$ adalah amplitudo, $\dfrac{2\pi}{|b|}$ adalah periode, $-c$ adalah pergeseran fase horizontal (a $+c$ di dalam kurung menggeser grafik ke kiri sejauh $c$), dan $d$ adalah pergeseran vertikal (garis tengah). Nilai $a$ negatif memantulkan gelombang.

Jelajahi

Meregangkan dan menggeser sinusoid

Dalam $y=a\sin(bx+c)+d$: $a$ menetapkan amplitudo, $b$ periode, $c$ pergeseran fase horizontal, dan $d$ pergeseran vertikal. Ubah masing-masing dan lihat respons gelombangnya.

3.7

Konteks Fungsi Sinusoidal dan Pemodelan Data

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.7.A: Membangun model fungsi sinusoidal untuk fenomena periodik.

  • 3.7.A.1 Interval terkecil dari nilai input di mana nilai output maksimum atau minimum mulai berulang, yaitu interval nilai input antara dua nilai maksimum berturut-turut atau dua nilai minimum berturut-turut, dapat digunakan untuk menentukan atau memperkirakan periode dan frekuensi untuk model fungsi sinusoidal.
  • 3.7.A.2 Nilai output maksimum dan minimum dapat digunakan untuk menentukan atau memperkirakan amplitudo dan pergeseran vertikal untuk model fungsi sinusoidal.
  • 3.7.A.3 Sepasang nilai input-output aktual dapat dibandingkan dengan pasangan nilai input-output yang dihasilkan oleh model fungsi sinusoidal untuk menentukan atau memperkirakan pergeseran fase untuk model tersebut.
  • 3.7.A.4 Model fungsi sinusoidal dapat dibangun untuk himpunan data menggunakan teknologi dengan memperkirakan nilai-nilai kunci atau menggunakan regresi sinusoidal.
  • 3.7.A.5 Fungsi sinusoidal yang memodelkan suatu himpunan data sering kali hanya berguna dalam domain konteksnya dan dapat digunakan untuk memprediksi nilai variabel terikat dari nilai variabel bebas.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Untuk memodelkan data periodik (pasang surut, cahaya siang, suhu): baca periode dari tempat pola berulang, dapatkan amplitudo dan garis tengah dari nilai max dan min, atur pergeseran fase agar puncak jatuh pada input yang tepat. Teknologi menyesuaikan regresi sinusoidal. Model seperti itu hanya dapat dipercaya dalam domain kontekstual-nya.

3.8

Fungsi Tangen

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.8.A: Membangun representasi fungsi tangen menggunakan lingkaran satuan.

  • 3.8.A.1 Diberikan sudut berukuran $\theta$ dalam posisi standar dan lingkaran satuan yang berpusat di titik asal, terdapat sebuah titik, $P$, di mana sinar terminal memotong lingkaran tersebut. Fungsi tangen, $f(\theta) = \tan\theta$, memberikan kemiringan (slope) dari sinar terminal.
  • 3.8.A.2 Karena kemiringan sinar terminal adalah rasio perubahan nilai $y$ terhadap perubahan nilai $x$ di antara dua titik mana pun pada sinar tersebut, fungsi tangen juga merupakan rasio dari fungsi sinus terhadap fungsi kosinus. Oleh karena itu, $\tan\theta = \dfrac{\sin\theta}{\cos\theta}$, di mana $\cos\theta \neq 0$.

Tujuan Pembelajaran 3.8.B: Jelaskan karakteristik utama dari fungsi tangen.

  • 3.8.B.1 Karena nilai kemiringan sinar terminal berulang setiap setengah putaran lingkaran, fungsi tangen memiliki periode $\pi$.
  • 3.8.B.2 Fungsi tangen menunjukkan perilaku asimtotik periodik pada nilai input $\theta = \dfrac{\pi}{2} + k\pi$, untuk nilai bilangan bulat $k$, karena $\cos\theta = 0$ pada nilai-nilai tersebut.
  • 3.8.B.3 Fungsi tangen meningkat dan grafiknya berubah dari cekung ke bawah menjadi cekung ke atas di antara asimtot yang berurutan.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

$\tan\theta=\dfrac{\sin\theta}{\cos\theta}$ adalah kemiringan sinar terminal. Nilai kemiringannya berulang setiap setengah putaran, sehingga periodenya $\pi$. Ia memiliki asimtot tegak di mana $\cos\theta=0$ (pada $\theta=\tfrac{\pi}{2}+k\pi$), dan selalu naik di antara asimtot berturut-turut, beralih cekungan di setiap nol.

3.9

Fungsi Trigonometri Invers

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.9.A: Susun representasi analitis dan grafis dari invers dari fungsi sinus, kosinus, dan tangen dalam domain terbatas.

  • 3.9.A.1 Untuk fungsi trigonometri invers, nilai input dan output dibalik dari fungsi trigonometri yang bersesuaian, sehingga nilai output dari fungsi trigonometri invers sering ditafsirkan sebagai ukuran sudut dan inputnya adalah nilai dalam rentang fungsi trigonometri yang bersesuaian.
  • 3.9.A.2 Fungsi trigonometri invers disebut arcsine, arccosine, dan arctangent (juga direpresentasikan sebagai $\sin^{-1}x, \cos^{-1}x,$ dan $\tan^{-1}x$). Karena fungsi trigonometri yang bersesuaian bersifat periodik, mereka hanya dapat dibalik jika memiliki domain terbatas.
  • 3.9.A.3 Agar fungsi invers masing-masing dapat didefinisikan, domain fungsi sinus dibatasi hingga $\left[-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}\right]$, fungsi kosinus hingga $[0, \pi]$, dan fungsi tangen hingga $\left(-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}\right)$.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Fungsi trigonometri invers – arcsine, arccosine, arctangent – membalikkan fungsi trig, sehingga mengambil rasio dan mengembalikan sudut. Karena sine, cosinus, dan tangen berulang, domain mereka harus dibatasi (misalnya sine ke $[-\tfrac{\pi}{2},\tfrac{\pi}{2}]$) sebelum invers dapat ada.

Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
arcsine/ˈɑːksaɪn/ Arcsine
reciprocals/rɪˈsɪprəklz/ resiprokal
Pythagorean identity/ˈpaɪθəɡɔːrɪən aɪˈdentɪti/ identitas Pythagoras
sum identities/sʌm aɪˈdentɪtiz/ Identitas penjumlahan
double-angle/ˈdʌbl ˈæŋɡl/ Sudut ganda
Polar coordinates/ˈpəʊlə kəʊˈɔːdɪnəts/ Koordinat polar
complex number/ˈkɒmpleks ˈnʌmbə/ bilangan kompleks
3.10

Persamaan dan Pertidaksamaan Trigonometri

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.10.A: Menyelesaikan persamaan dan ketaksamaan yang melibatkan fungsi trigonometri.

  • 3.10.A.1 Fungsi trigonometri invers berguna dalam menyelesaikan persamaan dan ketaksamaan yang melibatkan fungsi trigonometri, namun solusi mungkin perlu dimodifikasi karena pembatasan domain.
  • 3.10.A.2 Karena fungsi trigonometri bersifat berkala, sering kali terdapat tak hingga banyak solusi untuk persamaan trigonometri.
  • 3.10.A.3 Dalam persamaan dan ketaksamaan trigonometri yang muncul dari skenario kontekstual, sering kali terdapat pembatasan domain yang dapat tersirat dari konteks, yang membatasi jumlah solusi.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Gunakan fungsi trig invers untuk menyelesaikan persamaan trig. Karena fungsi-fungsi tersebut periodik, biasanya terdapat tak hingga banyak solusi – tulis solusi umum dengan menambahkan kelipatan periode, lalu simpan yang berada dalam domain yang diminta (sering kali kontekstual).

Contoh terpecahkan. Selesaikan $2\sin\theta=1$ pada $[0,2\pi)$. Maka $\sin\theta=\tfrac12$, dan pada lingkaran satuan sine positif di kuadran pertama dan kedua, jadi $\theta=\dfrac{\pi}{6}$ atau $\dfrac{5\pi}{6}$. Di seluruh bilangan real Anda akan menambahkan $2\pi k$ ke masing-masing.

3.11

Fungsi Sekan, Kosekan, dan Cotangen

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.11.A: Mengidentifikasi karakteristik utama fungsi yang melibatkan hasil bagi fungsi sinus dan kosinus.

  • 3.11.A.1 Fungsi secan, $f(\theta) = \sec\theta$, adalah kebalikan dari fungsi kosinus, di mana $\cos\theta \neq 0$.
  • 3.11.A.2 Fungsi kosecan, $f(\theta) = \csc\theta$, adalah kebalikan dari fungsi sinus, di mana $\sin\theta \neq 0$.
  • 3.11.A.3 Grafik fungsi secan dan kosecan memiliki asimtot vertikal di mana cosinus dan sinus bernilai nol, masing-masing, dan memiliki rentang $(-\infty, -1] \cup [1, \infty)$.
  • 3.11.A.4 Fungsi kotangen, $f(\theta) = \cot\theta$, adalah kebalikan dari fungsi tangen, di mana $\tan\theta \neq 0$. Setara dengan, $\cot\theta = \dfrac{\cos\theta}{\sin\theta}$, di mana $\sin\theta \neq 0$.
  • 3.11.A.5 Grafik fungsi kotangen memiliki asimtot vertikal untuk nilai domain di mana $\tan\theta = 0$ dan menurun di antara asimtot berturutan.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Ini adalah kebalikan dari tiga utama:

$$\sec\theta=\frac{1}{\cos\theta},\qquad \csc\theta=\frac{1}{\sin\theta},\qquad \cot\theta=\frac{1}{\tan\theta}.$$
Sekanan dan kosekanan memiliki asimtot tegak di mana cosinus dan sine bernilai nol; cotangen memilikinya di mana tangen bernilai nol (di mana sine bernilai nol).

sec adalah kebalikan dari cos, dengan asimtot di mana cos adalah nol
sec adalah kebalikan dari cos, dengan asimtot di mana cos adalah nol
3.12

Representasi Setara Fungsi Trigonometri

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.12.A: Menulis ulang ekspresi trigonometri dalam bentuk ekuivalen dengan identitas Pythagoras.

  • 3.12.A.1 Teorema Pythagoras dapat diterapkan pada segitiga siku-siku dengan titik-titik pada lingkaran satuan pada koordinat $(\cos\theta, \sin\theta)$, menghasilkan identitas Pythagoras: $\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1$.
  • 3.12.A.2 Identitas Pythagoras dapat dimanipulasi secara aljabar menjadi bentuk lain yang melibatkan fungsi trigonometri, seperti $\tan^2\theta = \sec^2\theta - 1$, dan dapat digunakan untuk menetapkan hubungan trigonometri lainnya, seperti $\arcsin x = \arccos\left(\sqrt{1 - x^2}\right)$, dengan pembatasan domain yang sesuai.

Tujuan Pembelajaran 3.12.B: Menulis ulang ekspresi trigonometri dalam bentuk ekuivalen dengan identitas penjumlahan sinus dan kosinus.

  • 3.12.B.1 Identitas penjumlahan untuk sinus adalah $\sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta$.
  • 3.12.B.2 Identitas penjumlahan untuk kosinus adalah $\cos(\alpha + \beta) = \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta$.
  • 3.12.B.3 Identitas penjumlahan untuk sinus dan kosinus juga dapat digunakan sebagai identitas selisih dan sudut ganda.
  • 3.12.B.4 Sifat-sifat fungsi trigonometri, identitas trigonometri yang telah diketahui, dan sifat aljabar lainnya dapat digunakan untuk memverifikasi identitas trigonometri tambahan.

Tujuan Pembelajaran 3.12.C: Menyelesaikan persamaan menggunakan representasi analitik ekuivalen dari fungsi trigonometri.

  • 3.12.C.1 Bentuk ekuivalen tertentu yang melibatkan ekspresi trigonometri dapat membuat informasi lebih mudah diakses.
  • 3.12.C.2 Bentuk trigonometri ekuivalen mungkin berguna dalam menyelesaikan persamaan dan ketaksamaan trigonometri.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Identitas Pythagoras berasal dari $x^2+y^2=1$ pada lingkaran satuan:

$$\sin^2\theta+\cos^2\theta=1,$$
yang disusun ulang menjadi bentuk dengan $\sec$ dan $\tan$. Identitas penjumlahan:
$$\sin(\alpha+\beta)=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta,\qquad \cos(\alpha+\beta)=\cos\alpha\cos\beta-\sin\alpha\sin\beta,$$
juga memberikan identitas selisih dan sudut ganda (setel $\beta=\alpha$).

3.13

Trigonometri dan Koordinat Polar

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.13.A: Menentukan lokasi suatu titik dalam bidang menggunakan koordinat persegi panjang dan polar.

  • 3.13.A.1 Sistem koordinat polar didasarkan pada grid lingkaran yang berpusat di titik asal dan garis-garis melalui titik asal. Koordinat polar didefinisikan sebagai pasangan terurut, $(r, \theta)$, sedemikian rupa sehingga $|r|$ merepresentasikan jari-jari lingkaran tempat titik tersebut terletak, dan $\theta$ merepresentasikan ukuran sudut dalam posisi standar yang sinar terminalnya mencakup titik tersebut. Dalam sistem koordinat polar, titik yang sama dapat direpresentasikan dengan banyak cara.
  • 3.13.A.2 Koordinat suatu titik dalam sistem koordinat polar, $(r, \theta)$, dapat dikonversi ke koordinat dalam sistem koordinat persegi panjang, $(x, y)$, menggunakan $x = r\cos\theta$ dan $y = r\sin\theta$.
  • 3.13.A.3 Koordinat suatu titik dalam sistem koordinat persegi panjang, $(x, y)$, dapat dikonversi ke koordinat dalam sistem koordinat polar, $(r, \theta)$, menggunakan $r = \sqrt{x^2 + y^2}$ dan $\theta = \arctan\left(\dfrac{y}{x}\right)$ untuk $x > 0$ atau $\theta = \arctan\left(\dfrac{y}{x}\right) + \pi$ untuk $x < 0$.
  • 3.13.A.4 Bilangan kompleks dapat dipahami sebagai titik pada bidang kompleks dan dapat ditentukan oleh koordinat persegi panjang atau polar yang sesuai. Ketika bilangan kompleks memiliki koordinat persegi panjang $(a, b)$, bilangan tersebut dapat dinyatakan sebagai $a + bi$. Ketika bilangan kompleks memiliki koordinat polar $(r, \theta)$, bilangan tersebut dapat dinyatakan sebagai $(r\cos\theta) + i(r\sin\theta)$.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Koordinat polar menandai titik dengan $(r,\theta)$ – jarak $r$ dari titik asal pada sudut $\theta$. Konversi dengan

$$x=r\cos\theta,\quad y=r\sin\theta,\qquad r=\sqrt{x^2+y^2},\quad \tan\theta=\frac{y}{x}.$$
Sebuah bilangan kompleks adalah titik $(x,y)=x+yi$ dan juga dapat ditulis dengan $r$ dan $\theta$.

Koordinat polar menentukan titik berdasarkan jarak r dan sudut theta
Koordinat polar menentukan titik berdasarkan jarak r dan sudut theta
3.14

Grafik Fungsi Polar

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.14.A: Membangun grafik fungsi polar.

  • 3.14.A.1 Grafik dari fungsi $r = f(\theta)$ dalam koordinat polar terdiri dari pasangan nilai input-output di mana nilai input adalah ukuran sudut dan nilai output adalah jari-jari.
  • 3.14.A.2 Domain dari fungsi polar $r = f(\theta)$, yang ditunjukkan secara grafis, dapat dibatasi pada bagian tertentu yang diinginkan dengan memilih titik ujung yang sesuai dengan sudut dan jari-jari yang diinginkan.
  • 3.14.A.3 Saat menggambar fungsi polar dalam bentuk $r = f(\theta)$, perubahan nilai input sesuai dengan perubahan ukuran sudut dari sumbu $x$ positif, dan perubahan nilai output sesuai dengan perubahan jarak dari titik asal.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Melacak kurva polar

Grafik dari $r=f(\theta)$ adalah semua titik $(r,\theta)$ saat $\theta$ menyapu mengelilingi. Membatasi domain $\theta$ menggambar hanya sebagian kurva. Saat $\theta$ meningkat, $r$ membesar atau mengecil, melacak spiral, lingkaran, mawar, dan limacon.

Kardioida r = 1 + cos theta, digambar langsung dalam bentuk polar
Kardioida r = 1 + cos theta, digambar langsung dalam bentuk polar
Jelajahi

Menggambar kurva dalam koordinat polar

Dalam bentuk polar, sebuah titik adalah jarak $r$ pada sudut $\theta$. Membiarkan $r$ bergantung pada $\theta$ melacak bentuk yang tidak bisa dilakukan aturan dalam $x,y$ — seperti kartioid ini.

3.15

Laju Perubahan dalam Fungsi Polar

Silabus

Tujuan Pembelajaran 3.15.A: Mendeskripsikan karakteristik grafik dari fungsi polar.

  • 3.15.A.1 Jika fungsi polar, $r = f(\theta)$, bernilai positif dan meningkat atau bernilai negatif dan menurun, maka jarak antara $f(\theta)$ dan titik asal bertambah.
  • 3.15.A.2 Jika suatu fungsi polar, $r = f(\theta)$, bernilai positif dan menurun atau negatif dan meningkat, maka jarak antara $f(\theta)$ dan titik asal berkurang.
  • 3.15.A.3 Untuk suatu fungsi polar, $r = f(\theta)$, jika fungsi berubah dari meningkat menjadi menurun atau menurun menjadi meningkat pada suatu interval, maka fungsi tersebut memiliki ekstrem relatif pada interval yang sesuai dengan titik yang relatif paling dekat atau paling jauh dari titik asal.
  • 3.15.A.4 Laju perubahan rata-rata dari $r$ terhadap $\theta$ sepanjang interval $\theta$ adalah rasio perubahan nilai jari-jari terhadap perubahan $\theta$ selama interval $\theta$. Secara grafis, laju perubahan rata-rata menunjukkan laju perubahan jari-jari per radian.
  • 3.15.A.5 Laju perubahan rata-rata dari $r$ terhadap $\theta$ sepanjang interval $\theta$ dapat digunakan untuk memperkirakan nilai fungsi di dalam interval tersebut.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Saat $\theta$ meningkat, jarak dari titik asal $r$ berubah:

  • $r$ positif dan meningkat (atau negatif dan menurun) $\Rightarrow$ bergerak menjauh dari titik asal;
  • $r$ positif dan menurun (atau negatif dan meningkat) $\Rightarrow$ bergerak mendekati titik asal.

Di mana $r$ beralih antara meningkat dan menurun, jarak mencapai ekstrem relatif. Laju perubahan rata-rata dari $r$ terhadap $\theta$, $\dfrac{\Delta r}{\Delta \theta}$, memperkirakan seberapa cepat kurva bergerak masuk atau keluar selama interval.

3.15

Tips ujian

  • Gunakan radian dan lingkaran satuan: $\cos\theta$ dan $\sin\theta$ adalah koordinatnya, selalu antara $-1$ dan $1$.
  • Untuk sinusoid $a\sin(b(\theta+c))+d$: $|a|$ adalah amplitudo, $\tfrac{2\pi}{|b|}$ periode, $d$ garis tengah, dan pergeseran fasenya $-c$ (a $+c$ bergeser ke kiri).
  • Model data periodik dengan membaca periode, amplitudo, dan garis tengah dari nilai max dan min.
  • Fungsi trig invers membutuhkan domain terbatas dan mengembalikan sudut; persamaan trig memiliki tak hingga banyak solusi (tambahkan periode).
  • Konversi polar↔persegi panjang dengan $x=r\cos\theta$, $y=r\sin\theta$.

Pelajaran interaktif untuk topik ini

Kerjakan langkah demi langkah, dengan latihan pengecekan instan.

Soal-Soil Masa Lalu

Topik lain dalam AP Pra-Kalkulus

Masuk atau buat akun

IGCSE, A-Level & AP