Bir önceki derste cos(2x) için üç farklı formül elde etmiştik. Şimdi bu formüllerin asıl gücünü göreceğiz: Yarım açının değerini bilerek tam açının değerini hesaplamak. Bu, trigonometride sıkça karşılaşılan bir durumdur ve bu dönüşümü yapabilmek, AYT'deki birçok soruyu çözmenin anahtarıdır.
Formüllerin Hepsini Bir Arada Görmek
Elimizde artık üç temel formül var. Bunları hatırlayalım:
- sin(2x)=2sin(x)cos(x)
- cos(2x)=cos2(x)−sin2(x)=2cos2(x)−1=1−2sin2(x)
- tan(2x)=1−tan2(x)2tan(x)
Bu formüllerin hepsi, toplam formüllerinde A=B=x yazılarak türetilmişti. Şimdi bu formülleri ters yönde kullanacağız. Yani, sin(2x)'in değerini biliyorsak sin(x)'i, cos(2x)'in değerini biliyorsak cos(x)'i bulacağız. Bu işleme "yarım açıdan tam açıya geçiş" diyebiliriz.
Kosinüsün Üç Yüzü: Doğru Olanı Seçmek
cos(2x) için üç formülümüz var. Hangisini kullanacağımız, bize verilen bilgiye bağlıdır. Bu, bir araç kutusu gibidir; işe uygun aleti seçmek gerekir.
| Verilen Bilgi | Kullanılacak Formül | Neden? |
|---|
| cos(x) değeri | cos(2x)=2cos2(x)−1 | Tek bilinmeyen cos(x)'tir. |
| sin(x) değeri | cos(2x)=1−2sin2(x) | Tek bilinmeyen sin(x)'tir. |
| cos(x) ve sin(x) değerleri | cos(2x)=cos2(x)−sin2(x) | İki değer de doğrudan yerine konabilir. |
Pratikte Kullanım: Adım Adım Bir Örnek
Diyelim ki cos(x)=53 ve 0 < x < π⁄2 (yani x dar açı). sin(2x) ve cos(2x) değerlerini bulalım.
cos(x) = 3/5 verildiğinde sin(2x) ve cos(2x) hesaplama
sin2(x)=1−cos2(x)=1−(53)2=2516 Temel özdeşliği kullanarak sin(x)'i bulmak için cos(x) değerini yerine koyuyoruz.
sin(x)=54 x dar açı olduğundan sin(x) pozitiftir, bu yüzden pozitif kökü alıyoruz.
sin(2x)=2⋅54⋅53=2524 Sinüsün iki kat açı formülünde sin(x) ve cos(x) değerlerini yerine koyuyoruz.
cos(2x)=2⋅(53)2−1=2518−1=−257 Kosinüsün iki kat açı formülünün cos(x) içeren versiyonunu kullanıyoruz, çünkü cos(x) değerini biliyoruz. \sin(2x) = \frac{24}{25} \text{ ve } \cos(2x) = -\frac{7}{25}
Bu örnekte dikkat edilmesi gereken nokta, cos(2x)'in negatif çıkmasıdır. x dar açı olmasına rağmen, 2x geniş açı olabilir ve kosinüs geniş açılarda negatiftir. Bu yüzden sonucun işareti hakkında acele karar vermemek gerekir.
Farklı Bir Durum: Tanjant ile
Şimdi de tan(x)=2 verilsin. tan(2x)'i hesaplayalım. Burada doğrudan tanjantın iki kat açı formülünü kullanabiliriz:
tan(2x)=1−tan2(x)2tan(x)=1−222⋅2=1−44=−34=−34 Bu örnekte, sinüs ve kosinüs değerlerini bulmadan doğrudan sonuca ulaştık. Bu, formülün sağladığı pratikliktir.
Uyarı
Dikkat tan(2x) formülünde payda olan 1−tan2(x) sıfır olabilir. tan(x)=±1 olduğunda payda sıfır olur ve tan(2x) tanımsızdır. Bu durumda 2x=2π+kπ olur ve tanjant fonksiyonu bu açılarda tanımsızdır.
Şimdi Sıra Sende
Problem: sin(x)=1312 ve π⁄2 < x < π (geniş açı) veriliyor. cos(2x) değerini hesaplayın.
İpucu: Hangi cos(2x) formülü sadece sin(x) değerini kullanır? Geniş açıda kosinüsün işareti negatiftir, ancak bu cos(2x)'in işaretini doğrudan etkilemez.
Çözümü Gör
1. Adım: Doğru Formülü Seçmek Bize sin(x) verildiği için cos(2x)=1−2sin2(x) formülünü kullanırız. cos(x)'i bulmamıza gerek yoktur.
2. Adım: Değeri Yerine Koymak
cos(2x)=1−2⋅(1312)2=1−2⋅169144=1−169288=169169−288=−169119 Cevap: −169119
Gerçek Dünyadan Bir Uygulama: Fizikte Atış Hareketi
Bu formüller sadece sınavlarda çıkmaz, aynı zamanda fiziğin temel konularından biri olan eğik atış hareketinde de kullanılır. Bir cismin menzilini (yatayda aldığı yol) hesaplarken 2sin(θ)cos(θ) ifadesiyle karşılaşırız. Bu ifade, tam olarak sin(2θ)'dır.
Bir cisim v hızıyla ve yatayla θ açısı yapacak şekilde atıldığında, menzil formülü şöyledir:
R=gv2⋅sin(2θ) Burada g yerçekimi ivmesidir. Formül, atış açısının iki katının sinüsünü kullanır. Bu sayede, aynı hızla atılan bir cismin 30∘ ile mi yoksa 60∘ ile mi daha uzağa gideceğini hızlıca karşılaştırabiliriz. sin(60∘)=sin(120∘) olduğu için, bu iki açıyla atılan cisimler aynı menzile ulaşır. İki kat açı formülleri, bu tür fiziksel problemleri çözmek için güçlü bir araçtır.
Not
Neden Bu Kadar Önemli? İki kat açı formülleri, trigonometrik ifadeleri sadeleştirmenin ve değer hesaplamanın temel taşıdır. Bu formülleri ters yönde kullanmak, yani cos(2x)'ten cos(x)'e geçmek, ileride göreceğimiz trigonometrik denklem çözümlerinde de karşımıza çıkacaktır. Bu beceriyi şimdi sağlamlaştırmak, sonraki konuları çok daha kolay hale getirecektir.
- sin(x) = 4/5 ve x dar açı ise sin(2x) kaçtır? Önce cos(x) = 3/5 bulunur (3-4-5 üçgeni), sonra sin(2x) = 2·(4/5)·(3/5) = 24/25 olur.
- cos(2x) = 1 - 2sin²(x) formülü, cos(x) değeri verildiğinde kullanılır. Bu formül sadece sin(x) değerini kullanır; cos(x) verildiğinde cos(2x) = 2cos²(x) - 1 formülü daha uygundur.
- tan(x) = 3 ise tan(2x) = ___. tan(2x) = 2·3/(1-3²) = 6/(-8) = -3/4 olur. Paydanın negatif olması sonucu negatif yapar.
İpucu
Eğer cos(2x)'in değeri verilip cos(x) veya sin(x) isteniyorsa, formülleri yeniden düzenlemek gerekir. Örneğin, cos(2x)=2cos2(x)−1 formülünden cos2(x)=21+cos(2x) ve cos(2x)=1−2sin2(x) formülünden sin2(x)=21−cos(2x) elde edilir. Bu dönüşümler, yarım açı formüllerinin temelini oluşturur.
Uyarı
cos(2x) negatif çıktı. Bu bir hata değil! x dar açı olsa da, 2x geniş açı olabilir. Örneğin, x=60∘ olsaydı 2x=120∘ olurdu ve cos(120∘) negatiftir. Bu yüzden sonucun işareti hakkında ön yargılı olmamak gerekir.