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Exercícios sobre transformações trigonométricas (com gabarito explicado)

As transformações trigonométricas são ferramentas que permitem simplificar expressões e resolver equações que envolvem funções trigonométricas. Faça as questões abaixo e teste os seus conhecimentos sobre o assunto.

Questão 1

Qual o valor da expressão sin abre parênteses 75 º fecha parênteses sinal de multiplicação cos abre parênteses 75 º fecha parênteses?

a) numerador raiz quadrada de 2 sobre denominador 4 fim da fração

b) 1 quarto

c) numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 4 fim da fração

d) 3 sobre 4

Gabarito explicado

Uma forma de resolver esta questão é aplicarmos diretamente a expressão do seno do arco duplo.

E igual a sin abre parênteses teta fecha parênteses sinal de multiplicação cos abre parênteses teta fecha parênteses espaço espaço espaço espaço espaço abre parênteses sinal de multiplicação 2 fecha parênteses2 E igual a 2 sinal de multiplicação sin abre parênteses teta fecha parênteses sinal de multiplicação cos abre parênteses teta fecha parênteses2 E igual a sin abre parênteses 2 teta fecha parêntesesE igual a numerador sin abre parênteses 2 teta fecha parênteses sobre denominador 2 fim da fraçãoE igual a numerador sin abre parênteses 2 sinal de multiplicação 75 º fecha parênteses sobre denominador 2 fim da fraçãoE igual a numerador sin abre parênteses 150 º fecha parênteses sobre denominador 2 fim da fraçãoE igual a numerador começar estilo mostrar 1 meio fim do estilo sobre denominador 2 fim da fraçãoE igual a 1 quarto

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Questão 2

A expressão numerador 1 menos tan ao quadrado x sobre denominador 1 mais tan ao quadrado x fim da fração, para todo x não igual reto pi sobre 2 mais k reto pi vírgula espaço reto k pertence reto números inteiros, é equivalente a:

a) t a n à potência de 4 x

b) s e n ao quadrado x

c) s e c parêntese esquerdo 2 x parêntese direito

d) c o s parêntese esquerdo 2 x parêntese direito

Gabarito explicado

Dado numerador 1 menos tan ao quadrado x sobre denominador 1 mais tan ao quadrado x fim da fração vamos trabalhar numerador e denominador.

numerador 1 menos tan ao quadrado x sobre denominador 1 mais tan ao quadrado x fim da fração igual a numerador 1 menos começar estilo mostrar numerador s e n ao quadrado x sobre denominador cos ao quadrado x fim da fração fim do estilo sobre denominador s e c ao quadrado x fim da fração igual a numerador começar estilo mostrar numerador cos ao quadrado x menos s e n ao quadrado x sobre denominador cos ao quadrado x fim da fração fim do estilo sobre denominador começar estilo mostrar numerador 1 sobre denominador cos ao quadrado x fim da fração fim do estilo fim da fração igual a cos ao quadrado x menos s e n ao quadrado x igual a cos parêntese esquerdo 2 x parêntese direito

Questão 3

Qual o valor da expressão numerador s e n espaço 50 º mais s e n espaço 40 º sobre denominador s e n espaço 85 º fim da fração?

a) numerador raiz quadrada de 2 sobre denominador 2 fim da fração

b) numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração

c) raiz quadrada de 3

d) raiz quadrada de 2

Gabarito explicado

Para resolver esta questão, primeiro, aplicamos a transformação de soma em produto no numerador:

s e n parêntese esquerdo x parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo y parêntese direito igual a 2 sinal de multiplicação s e n abre parênteses numerador x mais y sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses sinal de multiplicação cos abre parênteses numerador x menos y sobre denominador 2 fim da fração fecha parêntesess e n parêntese esquerdo 50 º parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo 40 º parêntese direito igual a 2 sinal de multiplicação s e n abre parênteses numerador 50 º mais 40 º sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses sinal de multiplicação cos abre parênteses numerador 50 º menos 40 º sobre denominador 2 fim da fração fecha parêntesess e n parêntese esquerdo 50 º parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo 40 º parêntese direito igual a 2 sinal de multiplicação s e n abre parênteses 45 º fecha parênteses sinal de multiplicação cos abre parênteses 5 º fecha parêntesess e n parêntese esquerdo 50 º parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo 40 º parêntese direito igual a raiz quadrada de 2 sinal de multiplicação cos abre parênteses 5 º fecha parênteses

Observe tambem que podemos aplicar a seguinte identidade trigonométrica no denominador:

s e n abre parênteses x fecha parênteses igual a cos abre parênteses 90 º menos x fecha parêntesess e n parêntese esquerdo 85 º parêntese direito igual a cos parêntese esquerdo 90 º menos 85 º parêntese direitos e n parêntese esquerdo 85 º parêntese direito igual a cos parêntese esquerdo 5 º parêntese direito

Portanto,

numerador s e n parêntese esquerdo 50 º parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo 40 º parêntese direito sobre denominador s e n parêntese esquerdo 85 º parêntese direito fim da fração igual a numerador raiz quadrada de 2 sinal de multiplicação cos parêntese esquerdo 5 º parêntese direito sobre denominador cos parêntese esquerdo 5 º parêntese direito fim da fração igual a raiz quadrada de 2

Questão 4

Simplifique a expressão E igual a s e n parêntese esquerdo reto pi mais reto x parêntese direito mais cos parêntese esquerdo 2 reto pi menos reto x parêntese direito sinal de multiplicação tan parêntese esquerdo reto x parêntese direito. Qual o valor de E?

a) menos 1

b) 0

c) 1

d) menos numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração

Gabarito explicado

Utilizando as identidades para redução ao primeiro quadrante temos:

s e n parêntese esquerdo reto pi mais reto x parêntese direito igual a menos sen parêntese esquerdo reto x parêntese direitocos parêntese esquerdo 2 reto pi menos reto x parêntese direito igual a cos abre parênteses reto x fecha parêntesestan parêntese esquerdo reto x parêntese direito igual a numerador sen parêntese esquerdo reto x parêntese direito sobre denominador cos parêntese esquerdo reto x parêntese direito fim da fração

Substituindo tais relações:

E igual a s e n parêntese esquerdo reto pi mais reto x parêntese direito mais cos parêntese esquerdo 2 reto pi menos reto x parêntese direito sinal de multiplicação tan parêntese esquerdo reto x parêntese direitoE igual a menos s e n parêntese esquerdo reto x parêntese direito mais cos parêntese esquerdo reto x parêntese direito sinal de multiplicação numerador s e n parêntese esquerdo reto x parêntese direito sobre denominador cos parêntese esquerdo x parêntese direito fim da fraçãoE igual a menos s e n parêntese esquerdo reto x parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo reto x parêntese direitoE igual a 0

Questão 5

Qual o valor da expressãoE igual a s e n parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito mais cos parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito?

a) numerador raiz quadrada de 4 mais raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 fim da raiz sobre denominador 2 fim da fração

b) numerador raiz quadrada de 4 menos raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 fim da raiz sobre denominador 2 fim da fração

c) numerador raiz quadrada de 4 mais raiz quadrada de 6 menos raiz quadrada de 2 fim da raiz sobre denominador 2 fim da fração

d) numerador raiz quadrada de 4 menos raiz quadrada de 6 menos raiz quadrada de 2 fim da raiz sobre denominador 2 fim da fração

Gabarito explicado

Elevando ambos os membros ao quadrado temos:

E igual a s e n parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito mais cos parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direitoE ao quadrado igual a abre parênteses s e n parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito mais cos parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito fecha parênteses ao quadradoE ao quadrado igual a s e n ao quadrado parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito mais cos ao quadrado parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito mais 2 sinal de multiplicação s e n parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direito sinal de multiplicação cos parêntese esquerdo 37 vírgula 5 º parêntese direitoE ao quadrado igual a 1 mais s e n parêntese esquerdo 75 º parêntese direito

Agora calculamos o valor do seno de 75º usando a expressão do seno da soma.

s e n parêntese esquerdo 75 º parêntese direito igual a s e n parêntese esquerdo 45 º mais 30 º parêntese direito igual a s e n parêntese esquerdo 45 º parêntese direito sinal de multiplicação cos parêntese esquerdo 30 º parêntese direito mais s e n parêntese esquerdo 30 º parêntese direito sinal de multiplicação cos parêntese esquerdo 45 º parêntese direitos e n parêntese esquerdo 75 º parêntese direito igual a abre parênteses numerador raiz quadrada de 2 sobre denominador 2 fim da fração sinal de multiplicação numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses mais abre parênteses 1 meio sinal de multiplicação numerador raiz quadrada de 2 sobre denominador 2 fim da fração fecha parêntesess e n parêntese esquerdo 75 º parêntese direito igual a numerador raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 sobre denominador 4 fim da fração

Substituindo na expressão que obtemos anteriormente:

E ao quadrado igual a 1 mais s e n parêntese esquerdo 75 º parêntese direitoE ao quadrado igual a 1 mais numerador raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 sobre denominador 4 fim da fraçãoE ao quadrado igual a numerador 4 mais raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 sobre denominador 4 fim da fraçãoE igual a mais ou menos numerador raiz quadrada de 4 mais raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 fim da raiz sobre denominador 2 fim da fração

Mas, como os arcos da expressão inicial pertencem ao primeiro quadrante os valores de seno e cosseno são positivos, portanto, a solução é:

numerador raiz quadrada de 4 mais raiz quadrada de 6 mais raiz quadrada de 2 fim da raiz sobre denominador 2 fim da fração

Questão 6

Qual o valor máximo que y assume, dado que y igual a raiz quadrada de 3 cos parêntese esquerdo x parêntese direito menos raiz quadrada de 2 s e n parêntese esquerdo x parêntese direito?

a) raiz quadrada de 7

b) raiz quadrada de 6

c) raiz quadrada de 5

d) 2

Gabarito explicado

Podemos transformar a soma das funções trigonométricas em uma única função tratando os coeficientes como lados de um triângulo retângulo.

triângulo retângulo com ângulo alpha, cateto oposto medindo sqrt(2) e cateto adjacente medindo sqrt(3).

H ao quadrado igual a abre parênteses raiz quadrada de 3 fecha parênteses ao quadrado mais abre parênteses raiz quadrada de 2 fecha parênteses ao quadradoH ao quadrado igual a 3 mais 2 igual a 5H igual a raiz quadrada de 5

Podemos reescrever os radicais em função de seno e cosseno de alfa.

raiz quadrada de 2 igual a raiz quadrada de 5 sinal de multiplicação s e n parêntese esquerdo alfa parêntese direitoraiz quadrada de 3 igual a raiz quadrada de 5 sinal de multiplicação cos parêntese esquerdo alfa parêntese direito

Substituindo na expressão original:

y igual a raiz quadrada de 3 cos parêntese esquerdo x parêntese direito menos raiz quadrada de 2 s e n parêntese esquerdo x parêntese direitoy igual a raiz quadrada de 5 cos parêntese esquerdo alfa parêntese direito cos parêntese esquerdo x parêntese direito menos raiz quadrada de 5 s e n parêntese esquerdo alfa parêntese direito s e n parêntese esquerdo x parêntese direitoy igual a raiz quadrada de 5 abre parênteses cos parêntese esquerdo x parêntese direito cos parêntese esquerdo alfa parêntese direito menos s e n parêntese esquerdo x parêntese direito s e n parêntese esquerdo alfa parêntese direito fecha parêntesesy igual a raiz quadrada de 5 cos parêntese esquerdo x mais alfa parêntese direito

Como a função cosseno assume valor máximo igual a 1, o valor máximo da expressão será y igual a raiz quadrada de 5.

Questão 7

Quantas são as soluções da equação cos parêntese esquerdo 3 x parêntese direito mais cos parêntese esquerdo x parêntese direito igual a 0, no intervalo parêntese recto esquerdo 0 vírgula espaço 2 reto pi parêntese direito?

a) 3

b) 4

c) 5

d) 6

Gabarito explicado

Aplicando a transformação de soma em produto teremos:

cos parêntese esquerdo x parêntese direito mais cos parêntese esquerdo y parêntese direito igual a 2 cos abre parênteses numerador x mais y sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses cos abre parênteses numerador x menos y sobre denominador 2 fim da fração fecha parêntesescos parêntese esquerdo 3 x parêntese direito mais cos parêntese esquerdo x parêntese direito igual a 2 cos parêntese esquerdo 2 x parêntese direito cos parêntese esquerdo x parêntese direito

Então,

cos parêntese esquerdo 2 x parêntese direito igual a 0 espaço2 x igual a reto pi sobre 2 mais k reto pi seta dupla para a direita reto x igual a reto pi sobre 4 mais numerador reto k reto pi sobre denominador 2 fim da fração seta dupla para a direita reto x igual a reto pi sobre 4 vírgula numerador 3 reto pi sobre denominador 4 fim da fração vírgula numerador 5 reto pi sobre denominador 4 fim da fração vírgula numerador 7 reto pi sobre denominador 4 fim da fraçãoo ucos parêntese esquerdo reto x parêntese direito igual a 0x igual a reto pi sobre 2 mais reto k reto pi seta dupla para a direita x igual a reto pi sobre 2 vírgula numerador 3 reto pi sobre denominador 2 fim da fração

Portanto, teremos 6 soluções no intervalo proposto.

Questão 8

O valor de s e n abre parênteses a r c cos abre parênteses numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses menos a r c tan abre parênteses raiz quadrada de 3 fecha parênteses fecha parênteses?

a) menos 1 meio

b) menos numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração

c) 1 meio

numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração

Gabarito explicado

Fazendo,

alfa igual a a r c cos abre parênteses numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses seta dupla para a direita alfa igual a reto pi sobre 6beta igual a a r c tan abre parênteses raiz quadrada de 3 fecha parênteses seta dupla para a direita beta igual a reto pi sobre 3

A nossa expressão pode ser reescrita como:

E igual a s e n abre parênteses a r c cos abre parênteses numerador raiz quadrada de 3 sobre denominador 2 fim da fração fecha parênteses menos a r c tan abre parênteses raiz quadrada de 3 fecha parênteses fecha parêntesesE igual a s e n abre parênteses alfa menos beta fecha parêntesesE igual a s e n abre parênteses reto pi sobre 6 menos reto pi sobre 3 fecha parêntesesE igual a s e n abre parênteses menos reto pi sobre 6 fecha parêntesesE igual a menos 1 meio

Aprofunde os seus estudos:

Relações Trigonométricas

Funções Trigonométricas

Referências Bibliográficas

DANTE, Luiz Roberto. Matemática: contexto e aplicações – volume único. 3. ed. São Paulo: Ática, 2016.

IEZZI, Gelson. Fundamentos de matemática elementar – volume 3: trigonometria. 9. ed. São Paulo: Atual, 2013.

MORGADO, Augusto César; DO CARMO, Manfredo Perdigão; WAGNER, Eduardo. Trigonometria e números complexos. 3. ed. São Paulo: SBM, 2005.

PAIVA, Manoel Rodrigues. Matemática – volume único. 3. ed. São Paulo: Moderna, 2010.