Soru

Zorluk: Çok zorTrigonometrik Fonksiyonlar ve Birim Çember

Dik koordinat düzleminde, birim çember üzerindeki bir P(cos⁡θ,sin⁡θ)P(\cos\theta, \sin\theta) noktası ikinci bölgededir. PP noktasından birim çembere çizilen teğet doğrusu, xx-eksenini AA noktasında kesmektedir. Birim çembere C(0,1)C(0,1) noktasında teğet olan y=1y = 1 doğrusu ise PP noktasındaki teğet doğrusu ile DD noktasında kesişmektedir. Buna göre, OCDOCD üçgeninin alanının OAPOAP üçgeninin alanına oranının θ\theta türünden eşiti aşağıdakilerden hangisidir?

  1. csc⁡θ−1\csc\theta - 1Cevap
  2. B
    1−csc⁡θ1 - \csc\theta
  3. C
    sec⁡θ−1\sec\theta - 1
  4. D
    1−sec⁡θ1 - \sec\theta
  5. E
    sin⁡θ−1\sin\theta - 1

Cevap

Doğru cevap cosec(theta) - 1 ifadesidir.
Doğru cevap, OCD üçgeninin alanının OAP üçgeninin alanına oranının cosec(theta) - 1 olduğunu gösteren ifadedir. İkinci bölgedeki işaretler dikkate alınarak yapılan alan hesaplamaları bu sonucu vermektedir.

Adım Adım Çözüm

1
P(cos⁡θ,sin⁡θ)P(\cos\theta, \sin\theta) noktasından birim çembere çizilen teğet doğrusunun denklemini yazalım.
Teğet doğrusunun denklemi (cos⁡θ)x+(sin⁡θ)y=1(\cos\theta)x + (\sin\theta)y = 1 şeklindedir.
Birim çember üzerindeki bir (x0,y0)(x_0, y_0) noktasından çizilen teğet doğrusunun denklemi x0x+y0y=1x_0 x + y_0 y = 1 formülü ile belirlenir.
2
AA ve DD noktalarının koordinatlarını bulalım.
AA noktası teğet doğrusunun xx-eksenini kestiği yerdir (y=0y=0). Buradan xA=1cos⁡θ=sec⁡θx_A = \frac{1}{\cos\theta} = \sec\theta olup A(sec⁡θ,0)A(\sec\theta, 0) olur. DD noktası ise teğet doğrusu ile y=1y=1 doğrusunun kesişim noktasıdır. Denklemde y=1y=1 yazılırsa (cos⁡θ)x+sin⁡θ=1  ⟹  xD=1−sin⁡θcos⁡θ(\cos\theta)x + \sin\theta = 1 \implies x_D = \frac{1-\sin\theta}{\cos\theta} olup D(1−sin⁡θcos⁡θ,1)D\left(\frac{1-\sin\theta}{\cos\theta}, 1\right) elde edilir.
Eksenleri kestikleri veya kesiştikleri noktaları bulmak için denklem sistemleri çözülür.
3
θ\theta açısı ikinci bölgede (π2<θ<π\frac{\pi}{2} < \theta < \pi) olduğundan trigonometrik fonksiyonların işaretlerini inceleyip OAOA ve CDCD uzunluklarını pozitif olarak ifade edelim.
İkinci bölgede sin⁡θ>0\sin\theta > 0 ve cos⁡θ<0\cos\theta < 0 olduğundan: OA=∣sec⁡θ∣=−sec⁡θ=−1cos⁡θOA = |\sec\theta| = -\sec\theta = -\frac{1}{\cos\theta} birimdir. CDCD uzunluğu için C(0,1)C(0,1) ve D(xD,1)D(x_D, 1) noktaları arasındaki mesafe ∣xD∣=∣1−sin⁡θcos⁡θ∣|x_D| = \left|\frac{1-\sin\theta}{\cos\theta}\right| şeklindedir. İkinci bölgede sin⁡θ<1  ⟹  1−sin⁡θ>0\sin\theta < 1 \implies 1-\sin\theta > 0 ve cos⁡θ<0\cos\theta < 0 olduğundan CD=sin⁡θ−1cos⁡θCD = \frac{\sin\theta - 1}{\cos\theta} birim olarak bulunur.
Geometrik uzunluk değerleri her zaman pozitif olmalıdır. Bölgelere göre işaret tespiti bu yüzden önemlidir.
4
OAPOAP ve OCDOCD üçgenlerinin alanlarını hesaplayalım.
OAPOAP üçgeninin yüksekliği PP noktasının yy koordinatı olan sin⁡θ\sin\theta (pozitif) ve tabanı OA=−1cos⁡θOA = -\frac{1}{\cos\theta} birimdir. Buradan Alan(OAP)=12⋅OA⋅yP=−sin⁡θ2cos⁡θ\text{Alan}(OAP) = \frac{1}{2} \cdot OA \cdot y_P = -\frac{\sin\theta}{2\cos\theta} olur. OCDOCD dik üçgeninin dik kenarları ise OC=1OC = 1 ve CD=sin⁡θ−1cos⁡θCD = \frac{\sin\theta-1}{\cos\theta} birimdir. Buradan Alan(OCD)=12⋅OC⋅CD=sin⁡θ−12cos⁡θ\text{Alan}(OCD) = \frac{1}{2} \cdot OC \cdot CD = \frac{\sin\theta-1}{2\cos\theta} elde edilir.
Üçgenin alan formülü Alan=12⋅taban⋅yu¨kseklik\text{Alan} = \frac{1}{2} \cdot \text{taban} \cdot \text{yükseklik} kullanılarak alanlar ifade edilir.
5
OCDOCD üçgeninin alanının OAPOAP üçgeninin alanına oranını bulup sadeleştirelim.
Oran=Alan(OCD)Alan(OAP)=sin⁡θ−12cos⁡θ−sin⁡θ2cos⁡θ=sin⁡θ−1−sin⁡θ=1−sin⁡θsin⁡θ=1sin⁡θ−1=csc⁡θ−1\text{Oran} = \frac{\text{Alan}(OCD)}{\text{Alan}(OAP)} = \frac{\frac{\sin\theta-1}{2\cos\theta}}{-\frac{\sin\theta}{2\cos\theta}} = \frac{\sin\theta-1}{-\sin\theta} = \frac{1-\sin\theta}{\sin\theta} = \frac{1}{\sin\theta} - 1 = \csc\theta - 1 elde edilir.
İki alan ifadesi birbirine oranlanarak sadeleştirme işlemi tamamlanır.

Anahtar Kavram

Birim çember üzerinde trigonometrik fonksiyonların geometrik temsili ve bölgelere göre işaret analizi.
Bu soruyu puanla