Relações trigonométricas - Resumo Nível Médio

Neste resumo abordarei as relações trigonométricas necessárias para se resolver a maioria dos exercícios de física que envolvem vetores.

Ângulos

Na matemática, ângulo é a medida da abertura formada no encontro de duas semirretas.

Figura 1. Ângulo formado por dois segmentos de reta.

Seu valor pode ser dado em graus (°) ou em radianos (rad). A imagem abaixo mostra alguns possíveis valores de ângulos. Note que uma volta completa é obtida quando se atinge $360°$ ($2\pi \ \text{rad}$) e, a partir disso, tudo se repete.

Figura 2. Alguns valores angulares.

A conversão entre graus e radianos pode ser feita através da regra de três direta, onde, por exemplo, sabe-se que $360°$ equivale a $2\pi \ \text{rad}$.

Triângulo retângulo

Um triângulo é retângulo quando um de seus ângulos possui 90°. O maior de seus lados, que é oposto ao ângulo de 90°, é chamado de hipotenusa; os outros dois lados são chamados de catetos.

Figura 3. Triângulo retângulo.

Como em qualquer outro triângulo, a soma de seus ângulos deve resultar em 180°.

\begin{equation} \begin{aligned} \alpha + \beta + 90° &= 180° \\ \alpha + \beta &= 90° \end{aligned} \end{equation}

Assim, dado um de seus ângulos, podemos calcular o valor do outro diretamente.

Teorema de Pitágoras

O teorema de Pitágoras afirma que o quadrado da hipotenusa é igual à soma do quadrado dos catetos.

\begin{equation} h^2 = a^2 + b^2 \end{equation}

A relação acima é útil quando temos valores de dois dos lados mas desejamos saber o valor do terceiro lado.

Razões trigonométricas

Dado um triângulo retângulo, há três razões trigonométricas fundamentais que relacionam um ângulo com dois dos lados: o seno, o cosseno e a tangente.

Seno

O seno de um ângulo é dado pela razão entre o cateto oposto à esse ângulo e a hipotenusa.

\begin{equation} \sin{\theta} = \frac{\text{cat. op.}}{\text{hip.}} \end{equation}

No caso do triângulo da Figura 3,

\begin{equation*} \sin{\alpha} = \frac{a}{h} \end{equation*}

e

\begin{equation*} \sin{\beta} = \frac{b}{h} \text{.} \end{equation*}

Cosseno

O cosseno de um ângulo é dado pela razão entre o cateto adjacente à esse ângulo e a hipotenusa.

\begin{equation} \cos{\theta} = \frac{\text{cat. ad.}}{\text{hip.}} \end{equation}

Voltando à Figura 3,

\begin{equation*} \cos{\alpha} = \frac{b}{h} \end{equation*}

e

\begin{equation*} \cos{\beta} = \frac{a}{h} \text{.} \end{equation*}

Tangente

A tangente de um ângulo é dada pela razão entre o cateto oposto e o cateto adjacente, é o mesmo que dividir o seno pelo cosseno.

\begin{equation} \tan{\theta} = \frac{\text{cat. op.}}{\text{cat. ad.}} = \frac{\sin{\theta}}{\cos{\theta}} \end{equation}

No caso da Figura 3,

\begin{equation*} \tan{\alpha} = \frac{a}{b} \end{equation*}

e

\begin{equation*} \tan{\beta} = \frac{b}{a} \text{.} \end{equation*}

Lei dos cossenos

Dado um triângulo qualquer, como o da Figura 4, temos a seguinte relação entre um ângulo e seus três lados:

Figura 4. Triângulo.

\begin{equation} c^2 = a^2 + b^2 -2ab\cos{\theta} \end{equation}

Ângulos notáveis

Há alguns ângulos que possuem seus senos, cossenos e tangentes amplamente conhecidos e utilizados. Por isso, é importante conhecê-los.

	0°	30°	45°	60°	90°
$\sin$	$0$	$\frac{1}{2}$	$\frac{\sqrt{2}}{2}$	$\frac{\sqrt{3}}{2}$	$1$
$\cos$	$1$	$\frac{\sqrt{3}}{2}$	$\frac{\sqrt{2}}{2}$	$\frac{1}{2}$	$0$
$\tan$	$0$	$\frac{\sqrt{3}}{3}$	$1$	$\sqrt{3}$	-

$\sin$

$0$

$\frac{1}{2}$

$\frac{\sqrt{2}}{2}$

$\frac{\sqrt{3}}{2}$

$1$

$\cos$

$1$

$\frac{\sqrt{3}}{2}$

$\frac{\sqrt{2}}{2}$

$\frac{1}{2}$

$0$

$\tan$

$0$

$\frac{\sqrt{3}}{3}$

$1$

$\sqrt{3}$

-

Tabela 1. Ângulos notáveis.

Esses são os ângulos que aparecem com mais frequência. Outros valores de ângulos podem aparecer, mas deixarei esse assunto nas mãos do seu professor de matemática. 😁

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