Fungsi trigonometri

Fungsi trigonometrik adalah fungsi dari sebuah sudut yang digunakan untuk menghubungkan antara sudut-sudut dalam suatu segitiga dengan sisi-sisi segitiga tersebut.

Basis of trigonometry: if two right triangles have equal acute angles, they are similar, so their side lengths are proportional. Proportionality constants are written within the image: sin θ, cos θ, tan θ, where θ is the common measure of five acute angles.

Fungsi trigonometrik diringkas di tabel di bawah ini. Sudut $\theta$ adalah sudut yang diapit oleh sisi miring dan sisi samping—sudut A pada gambar di samping, a adalah sisi depan, b adalah sisi samping, dan c adalah sisi miring:

Definisi segitiga siku-siku

Segitiga siku-siku selalu mencakup pada 90° (π2 radian) sudut, hal ini berlabel C. Sudut A dan B dapat bervariasi. Fungsi trigonometri menentukan hubungan antara panjang sisi dan sudut dalam segitiga siku-siku.

Plot dari enam fungsi trigonometri, lingkaran satuan, dan garis untuk sudut θ = 0.7 radian. Poinnya diberikan pada label 1, Sec(θ), Csc(θ) mewakili panjang ruas garis dari titik asal ke titik tersebut. Sin(θ), Tan(θ), dan 1 adalah ketinggian ke garis mulai dari x-sumbu, sementara Cos(θ), 1, dan Cot(θ) adalah panjang di sepanjang x-sumbu dimulai dari asalnya.

Pada bagian tersebut, huruf yang besar dengan bentuk sama menunjukkan titik puncak segitiga dan ukuran sudut yang sesuai; huruf kecil yang sama menunjukkan tepi segitiga dan panjangnya.

Diberikan sudut akut pada nilai A = θ dari sebuah segitiga siku-siku dan sisi miring pada nilai h adalah sisi yang menghubungkan dua sudut lancip. Sisi b berdekatan dengan θ adalah sisi segitiga yang menghubungkan nilai θ ke sudut kanan. Sisi ketiga a dikatakan nilai berlawanan dengan nilai θ.

Jika sudut pada nilai θ akan diberikan nilai maka semua sisi segitiga siku-siku ditentukan dengan baik hingga faktor skala. Hal tersebut berarti bahwa perbandingan dua panjang sisi mana pun hanya bergantung pada θ. Jadi, enam rasio tersebut mendefinisikan enam fungsi pada nilai θ, merupakan salah satu fungsi trigonometri. Lebih tepatnya, enam fungsi trigonometri adalah:

sinus

$\sin \theta ={\frac {a}{h}}={\frac {\mathrm {opposite} }{\mathrm {hypotenuse} }}$

kosinus

$\cos \theta ={\frac {b}{h}}={\frac {\mathrm {adjacent} }{\mathrm {hypotenuse} }}$

tangen

$\tan \theta ={\frac {a}{b}}={\frac {\mathrm {opposite} }{\mathrm {adjacent} }}$

koseken

$\csc \theta ={\frac {h}{a}}={\frac {\mathrm {hypotenuse} }{\mathrm {opposite} }}$

seken

$\sec \theta ={\frac {h}{b}}={\frac {\mathrm {hypotenuse} }{\mathrm {adjacent} }}$

kotangen

$\cot \theta ={\frac {b}{a}}={\frac {\mathrm {adjacent} }{\mathrm {opposite} }}$

Dalam segitiga siku-siku, hasil penjumlahan dari dua sudut lancip adalah sudut siku-siku, yaitu 90° atau ${\textstyle {\frac {\pi }{2}}}$ pada radian.

Ringkasan hubungan antara fungsi trigonometrik

Fungsi	Singkatan	Deskripsi	Hubungan antara trigonometrik
			Menggunakan nilai radian	Menggunakan nilai derajat
sinus	sin	oppositehypotenuse	$\sin \theta =\cos \left({\frac {\pi }{2}}-\theta \right)={\frac {1}{\csc \theta }}$	$\sin x=\cos \left(90^{\circ }-x\right)={\frac {1}{\csc x}}$
kosinus	cos	adjacenthypotenuse	$\cos \theta =\sin \left({\frac {\pi }{2}}-\theta \right)={\frac {1}{\sec \theta }}\,$	$\cos x=\sin \left(90^{\circ }-x\right)={\frac {1}{\sec x}}\,$
tangen	tan (or tg)	oppositeadjacent	$\tan \theta ={\frac {\sin \theta }{\cos \theta }}=\cot \left({\frac {\pi }{2}}-\theta \right)={\frac {1}{\cot \theta }}$	$\tan x={\frac {\sin x}{\cos x}}=\cot \left(90^{\circ }-x\right)={\frac {1}{\cot x}}$
kotangen	cot (or cotan or cotg or ctg or ctn)	adjacentopposite	$\cot \theta ={\frac {\cos \theta }{\sin \theta }}=\tan \left({\frac {\pi }{2}}-\theta \right)={\frac {1}{\tan \theta }}$	$\cot x={\frac {\cos x}{\sin x}}=\tan \left(90^{\circ }-x\right)={\frac {1}{\tan x}}$
sekan	sec	hypotenuseadjacent	$\sec \theta =\csc \left({\frac {\pi }{2}}-\theta \right)={\frac {1}{\cos \theta }}$	$\sec x=\csc \left(90^{\circ }-x\right)={\frac {1}{\cos x}}$
kosekan	csc (or cosec)	hypotenuseopposite	$\csc \theta =\sec \left({\frac {\pi }{2}}-\theta \right)={\frac {1}{\sin \theta }}$	$\csc x=\sec \left(90^{\circ }-x\right)={\frac {1}{\sin x}}$

Daftar: Fungsi trigonometrik

Radian versus derajat

Dalam aplikasi geometris, argumen fungsi trigonometri umumnya adalah ukuran pada sudut. Untuk tujuan setiap satuan sudut adalah sudut yang paling sering diukur

Saat menggunakan fungsi trigonometri dalam kalkulus, argumennya umumnya bukan sudut, melainkan bilangan real. Dalam hal ini, lebih cocok untuk mengungkapkan argumen trigonometri pada unit

Definisi lingkaran unit

Dalam ilustrasi ini, enam fungsi trigonometri dari sudut sembarang θ direpresentasikan sebagai koordinat kartesius dari titik-titik yang terkait dengan lingkaran unit. Koordinat dari A, B dan D adalah sin θ, tan θ dan csc θ, masing-masing, sedangkan absis dari A, C dan E adalah cos θ, cot θ dan sec θ, masing-masing.

Enam fungsi trigonometri dapat didefinisikan sebagai nilai koordinat kartesius titik pada bidang Euklides yang terkait dengan lingkaran satuan yang merupakan lingkaran pada jari-jari salah satu yang berpusat di titik asal O dari sistem koordinat tersebut. Sedangkan definisi segitiga siku-siku mengizinkan definisi fungsi trigonometri untuk sudut antara nilai 0 dan ${\textstyle {\frac {\pi }{2}}}$ radian (90°), definisi lingkaran satuan memungkinkan untuk memperluas domain dari fungsi trigonometri ke semua bilangan real positif dan negatif.

Memutar pada garis ray dari suatu arah setengah positif pada sumbu x dengan suatu sudut θ (berlawanan arah jarum jam pada nilai $\theta >0,$ dan searah jarum jam untuk nilai $\theta <0$) menghasilkan titik potong sinar ini (lihat gambar) dengan unit lingkaran: $\mathrm {A} =(x_{\mathrm {A} },y_{\mathrm {A} })$, dan, dengan memperluas sinar ke garis jika perlu, dengan line ${\text{“}}x=1{\text{”}}:\;\mathrm {B} =(x_{\mathrm {B} },y_{\mathrm {B} }),$ dan dengan cara garis pada ${\text{“}}y=1{\text{”}}:\;\mathrm {C} =(x_{\mathrm {C} },y_{\mathrm {C} }).$ Garis singgung ke lingkaran satuan pada titik A, yang ortogonal terhadap sinar ini, memotong sumbu ydanx - dalam titik $\mathrm {D} =(0,y_{\mathrm {D} })$ dan $\mathrm {E} =(x_{\mathrm {E} },0)$. Nilai koordinat titik-titik ini memberikan semua nilai yang ada dari fungsi trigonometri untuk nilai riil sembarang θ dengan cara berikut.

Nilai aljabar

Ekspresi aljabar untuk sudut terpenting adalah sebagai berikut:

$\sin 0=\sin 0^{\circ }\quad ={\frac {\sqrt {0}}{2}}=0$ (straight angle)

$\sin {\frac {\pi }{6}}=\sin 30^{\circ }={\frac {\sqrt {1}}{2}}={\frac {1}{2}}$

$\sin {\frac {\pi }{4}}=\sin 45^{\circ }={\frac {\sqrt {2}}{2}}$

$\sin {\frac {\pi }{3}}=\sin 60^{\circ }={\frac {\sqrt {3}}{2}}$

$\sin {\frac {\pi }{2}}=\sin 90^{\circ }={\frac {\sqrt {4}}{2}}=1$ (right angle)

Menulis pembilang sebagai akar kuadrat dari bilangan bulat non-negatif berurutan, dengan penyebut 2, memberikan cara mudah untuk mengingat nilai.

Ekspresi sederhana seperti itu umumnya tidak ada untuk sudut lain yang merupakan kelipatan rasional dari sudut lurus. Untuk sudut yang diukur dalam derajat, merupakan kelipatan tiga, sinus dan cosinus dapat dinyatakan dalam akar kuadrat,.

Nilai aljabar sederhana

${\begin{array}{|c|ccccccccc|}\hline {\begin{matrix}{\text{Radian}}\\{\text{Sudut}}\end{matrix}}&{\begin{matrix}0\\0^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {\pi }{12}}\\15^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {\pi }{8}}\\22.5^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {\pi }{6}}\\30^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {\pi }{4}}\\45^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {\pi }{3}}\\60^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {3\pi }{8}}\\67.5^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {5\pi }{12}}\\75^{\circ }\end{matrix}}&{\begin{matrix}{\frac {\pi }{2}}\\90^{\circ }\end{matrix}}\\\hline \sin &0&{\frac {{\sqrt {6}}-{\sqrt {2}}}{4}}&{\frac {\sqrt {2-{\sqrt {2}}}}{2}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {\sqrt {2}}{2}}&{\frac {\sqrt {3}}{2}}&{\frac {\sqrt {2+{\sqrt {2}}}}{2}}&{\frac {{\sqrt {6}}+{\sqrt {2}}}{4}}&1\\\cos &1&{\frac {{\sqrt {6}}+{\sqrt {2}}}{4}}&{\frac {\sqrt {2+{\sqrt {2}}}}{2}}&{\frac {\sqrt {3}}{2}}&{\frac {\sqrt {2}}{2}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {\sqrt {2-{\sqrt {2}}}}{2}}&{\frac {{\sqrt {6}}-{\sqrt {2}}}{4}}&0\\\tan &0&2-{\sqrt {3}}&{\sqrt {2}}-1&{\frac {\sqrt {3}}{3}}&1&{\sqrt {3}}&{\sqrt {2}}+1&2+{\sqrt {3}}&\infty \\\cot &\infty &2+{\sqrt {3}}&{\sqrt {2}}+1&{\sqrt {3}}&1&{\frac {\sqrt {3}}{3}}&{\sqrt {2}}-1&2-{\sqrt {3}}&0\\\sec &1&{\sqrt {6}}-{\sqrt {2}}&{\sqrt {2}}{\sqrt {2-{\sqrt {2}}}}&{\frac {2{\sqrt {3}}}{3}}&{\sqrt {2}}&2&{\sqrt {2}}{\sqrt {2+{\sqrt {2}}}}&{\sqrt {6}}+{\sqrt {2}}&\infty \\\csc &\infty &{\sqrt {6}}+{\sqrt {2}}&{\sqrt {2}}{\sqrt {2+{\sqrt {2}}}}&2&{\sqrt {2}}&{\frac {2{\sqrt {3}}}{3}}&{\sqrt {2}}{\sqrt {2-{\sqrt {2}}}}&{\sqrt {6}}-{\sqrt {2}}&1\\\hline \end{array}}$

Dalam kalkulus

Fungsi sinus (biru) sangat dekat dengan fungsi polinomial Taylor derajat 7 (merah muda) untuk siklus penuh yang berpusat pada asal.

Animasi untuk pendekatan kosinus melalui polinomial Taylor.

$\cos(x)$ bersama dengan polinomial Taylor pertama $p_{n}(x)=\sum _{k=0}^{n}(-1)^{k}{\frac {x^{2k}}{(2k)!}}$

Fungsi trigonometri adalah terdiferensiasi. Hal ini tidak langsung terbukti dari definisi geometris di atas. Apalagi tren modern dalam matematika. Oleh karena itu, kecuali pada tingkat yang sangat dasar, fungsi trigonometri didefinisikan dengan menggunakan metode kalkulus.

Untuk menentukan fungsi trigonometri di dalam kalkulus, ada dua kemungkinan yang setara, baik menggunakan deret pangkat atau persamaan diferensial. Definisi tersebut setara, karena mulai dari salah satunya, mudah untuk mengambil yang lain sebagai properti. Namun definisi melalui persamaan diferensial entah bagaimana lebih alami, karena, misalnya, pilihan koefisien deret pangkat mungkin tampak cukup sewenang-wenang, dan identitas Pythagoras jauh lebih mudah untuk disimpulkan dari persamaan diferensial.

Definisi dengan persamaan diferensial

Sinus dan kosinus adalah fungsi terdiferensiasi yang unik sedemikian rupa, yaitu

${\begin{aligned}{\frac {d}{dx}}\sin x&=\cos x,\\{\frac {d}{dx}}\cos x&=-\sin x,\\\sin 0&=0,\\\cos 0&=1.\end{aligned}}$

Diferensialkan persamaan tersebut agar orang mengetahui bahwa sinus dan kosinus adalah solusi dari persamaan diferensial

$y''+y=0.$

Menerapkan aturan hasil bagi ke definisi garis singgung sebagai hasil bagi dari sinus oleh kosinus, kita dapat mengetahui bahwa fungsi tangen memverifikasi

${\frac {d}{dx}}\tan x=1+\tan ^{2}x.$

Ekspansi deret pangkat

Menerapkan persamaan diferensial ke deret pangkat dengan koefisien tak tentu, seseorang dapat menyimpulkan relasi pengulangan s untuk koefisien deret Taylor dari sinus dan kosinus fungsi. Relasi pengulangan tersebut mudah terpecahkan dan memberikan perluasan rangkaian

${\begin{aligned}\sin x&=x-{\frac {x^{3}}{3!}}+{\frac {x^{5}}{5!}}-{\frac {x^{7}}{7!}}+\cdots \\[8pt]&=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}x^{2n+1}}{(2n+1)!}}\\[8pt]\cos x&=1-{\frac {x^{2}}{2!}}+{\frac {x^{4}}{4!}}-{\frac {x^{6}}{6!}}+\cdots \\[8pt]&=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}x^{2n}}{(2n)!}}.\end{aligned}}$

Radius konvergensi dari deret tersebut tidak terbatas. Oleh karena itu, sinus dan kosinus dapat diperpanjang hingga seluruh fungsi (hal ini juga disebut "sinus" dan "kosinus"), yang (menurut definisi) fungsi bernilai kompleks yang didefinisikan dan holomorfik di seluruh bidang kompleks.

Mendefinisikan sebagai pecahan dari seluruh fungsi, fungsi trigonometri lainnya dapat diperluas menjadi fungsi meromorfik, yaitu fungsi yang holomorfik di seluruh bidang kompleks, kecuali beberapa titik terisolasi yang disebut kutub. ${\textstyle (2k+1){\frac {\pi }{2}}}$ untuk garis singgung dan garis potong atau nilai $k\pi$ untuk kotangen dan kosekan, dengan k adalah bilangan bulat arbitrer.

Relasi pengulangan juga dapat dihitung untuk koefisien deret Taylor dari fungsi trigonometri lainnya. Deret ini memiliki konfergensi radius yang terbatas. Koefisien mereka memiliki interpretasi kombinatorial: mereka menghitung permutasi bergantian dari himpunan hingga.

Lebih tepatnya anda dapat mendefinisikan, yaitu

U_n, n adalah angka atas/bawah,

B_n, n nomor Bernoulli, dan

E_n, adalah n nomor Euler,

satu memiliki ekspansi seri berikut:

${\begin{aligned}\tan x&{}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {U_{2n+1}x^{2n+1}}{(2n+1)!}}\\&{}=\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n-1}2^{2n}\left(2^{2n}-1\right)B_{2n}x^{2n-1}}{(2n)!}}\\&{}=x+{\frac {1}{3}}x^{3}+{\frac {2}{15}}x^{5}+{\frac {17}{315}}x^{7}+\cdots ,\qquad {\text{for }}|x|<{\frac {\pi }{2}}.\end{aligned}}$

${\begin{aligned}\csc x&{}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n+1}2\left(2^{2n-1}-1\right)B_{2n}x^{2n-1}}{(2n)!}}\\&{}=x^{-1}+{\frac {1}{6}}x+{\frac {7}{360}}x^{3}+{\frac {31}{15120}}x^{5}+\cdots ,\qquad {\text{for }}0<|x|<\pi .\end{aligned}}$

${\begin{aligned}\sec x&{}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {U_{2n}x^{2n}}{(2n)!}}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}E_{2n}x^{2n}}{(2n)!}}\\&{}=1+{\frac {1}{2}}x^{2}+{\frac {5}{24}}x^{4}+{\frac {61}{720}}x^{6}+\cdots ,\qquad {\text{for }}|x|<{\frac {\pi }{2}}.\end{aligned}}$

${\begin{aligned}\cot x&{}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}2^{2n}B_{2n}x^{2n-1}}{(2n)!}}\\&{}=x^{-1}-{\frac {1}{3}}x-{\frac {1}{45}}x^{3}-{\frac {2}{945}}x^{5}-\cdots ,\qquad {\text{for }}0<|x|<\pi .\end{aligned}}$

Terdapat representasi deret sebagai ekspansi pecahan parsial yang baru saja diterjemahkan dari fungsi timbal balik dijumlahkan, sehingga pole dari fungsi kotangen dan fungsi timbal balik cocok:

$\pi \cot \pi x=\lim _{N\to \infty }\sum _{n=-N}^{N}{\frac {1}{x+n}}.$

This identity can be proven with the Herglotz trick. Menggabungkan nilai (–n) ke nilai nistilah tersebut mengarah pada rangkaian konvergen, yaitu:

$\pi \cot \pi x={\frac {1}{x}}+2x\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{x^{2}-n^{2}}}\ ,\quad {\frac {\pi }{\sin \pi x}}={\frac {1}{x}}+2x\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}}{x^{2}-n^{2}}}.$

Ekspansi produk tanpa batas

Produk tak terbatas berikut untuk sinus sangat penting dalam analisis kompleks, yaitu:

$\sin z=z\displaystyle \prod _{n=1}^{\infty }\left(1-{\frac {z^{2}}{n^{2}\pi ^{2}}}\right),\quad z\in \mathbb {C} .$

Untuk bukti pemuaian (lihat Sinus). Dari sini, dapat disimpulkan bahwa

$\cos z=\displaystyle \prod _{n=1}^{\infty }\left(1-{\frac {z^{2}}{\left(n-{\frac {1}{2}}\right)^{2}\pi ^{2}}}\right),\quad z\in \mathbb {C} .$

Hubungan dengan fungsi eksponensial (Rumus Euler)

$\cos(\theta )$ dan $\sin(\theta )$ adalah bagian nyata dan imajiner pada nilai $e^{i\theta }$.

Rumus Euler menghubungkan sinus dan kosinus dengan fungsi eksponensial:

$e^{ix}=\cos x+i\sin x.$

Rumus ini biasanya dianggap untuk nilai nyata dari x, tetapi tetap benar untuk semua nilai kompleks.

Bukti: Jika nilai $f_{1}(x)=\cos x+i\sin x,$ dan $f_{2}(x)=e^{ix}.$ dan memiliki nilai ${\textstyle {\frac {d}{dx}}f_{j}(x)=if_{j}(x)}$ dari j = 1, 2. Aturan hasil bagi menyiratkan demikian ${\textstyle {\frac {d}{dx}}\left({\frac {f_{1}(x)}{f_{2}(x)}}\right)=0}$. Karena itu, ${\textstyle {\frac {f_{1}(x)}{f_{2}(x)}}}$ adalah fungsi konstan yang sama pada nilai 1, sebagai nilai $f_{1}(0)=f_{2}(0)=1.$ Hal ini membuktikan rumusnya.

Hal ini memiliki rumus:

${\begin{aligned}e^{ix}&=\cos x+i\sin x\\[5pt]e^{-ix}&=\cos x-i\sin x.\end{aligned}}$

Memecahkan sistem linier tersebut dalam sinus dan kosinus, seseorang dapat mengekspresikannya dalam fungsi eksponensial:

${\begin{aligned}\sin x&={\frac {e^{ix}-e^{-ix}}{2i}}\\[5pt]\cos x&={\frac {e^{ix}+e^{-ix}}{2}}.\end{aligned}}$

Darimana nilai x adalah bilangan real, hal ini dapat ditulis ulang sebagai

$\cos x=\operatorname {Re} \left(e^{ix}\right),\qquad \sin x=\operatorname {Im} \left(e^{ix}\right).$

Sebagian besar identitas trigonometri dapat dibuktikan dengan menyatakan fungsi trigonometri dalam bentuk eksponensial kompleks berfungsi dengan menggunakan rumus di atas, dan kemudian menggunakan identitas $e^{a+b}=e^{a}e^{b}$ untuk menyederhanakan hasil.

Definisi menggunakan persamaan fungsional

Fungsi trigonometri dapat didefinisikan dengan menggunakan berbagai persamaan fungsional.

Sebagai contoh, sinus dan kosinus membentuk pasangan unik fungsi kontinu s yang memenuhi rumus selisih

$\cos(x-y)=\cos x\cos y+\sin x\sin y\,$

and the added condition

$0<x\cos x<\sin x<x\quad {\text{ dari }}\quad 0<x<1.$

Di bidang kompleks

Sinus dan kosinus dari sebuah bilangan kompleks $z=x+iy$ dapat diekspresikan dalam bentuk sinus, kosinus, dan fungsi hiperbolik nyata sebagai berikut:

${\begin{aligned}\sin z&=\sin x\cosh y+i\cos x\sinh y\\[5pt]\cos z&=\cos x\cosh y-i\sin x\sinh y\end{aligned}}$

Dengan memanfaatkan pewarnaan domain, dimungkinkan untuk membuat grafik fungsi trigonometri sebagai fungsi bernilai kompleks. Berbagai fitur unik untuk fungsi kompleks dapat dilihat dari grafik; misalnya, fungsi sinus dan cosinus dapat dilihat tidak terbatas sebagai bagian imajiner nilai $z$ menjadi lebih besar (karena warna putih mewakili tak terhingga), dan fakta bahwa fungsi berisi nilai nol atau kutub terlihat dari fakta bahwa siklus warna mengelilingi masing-masing fungsi. Membandingkan grafik tersebut dengan cara grafik dari fungsi Hiperbolik yang sesuai akan menyoroti hubungan antara keduanya.

Fungsi trigonometri dalam bidang kompleks

$\sin z\,$	$\cos z\,$	$\tan z\,$	$\cot z\,$	$\sec z\,$	$\csc z\,$

Tautan luar

Tabel tabel dalam fungsi trigonometrik