Đường tròn lượng giác — hàm sin, cos, tan — phương trình lượng giác cơ bản
Mạch A · Giải tích — Lớp Toán 12 ôn thi Đại học
Bấm phím mũi tên → (hoặc chạm mép phải màn hình) để xem từng bước, giống như trên lớp.
Bản đồ Mạch A — cầu thang Giải tích 13 bậc
A1
Ngôn ngữ hàm số — TXĐ, đồ thị, đơn điệu, parabol
A2
Gia đình hàm mới ①: hàm số lượng giác & PT lượng giác ⟵ hôm nay
A3–A4
Gia đình hàm mới ②: luỹ thừa · mũ · lôgarit (+ lãi kép)
A5–A7
Dãy số → giới hạn → đạo hàm
A8–A13
Đạo hàm ra tay: đơn điệu, cực trị, khảo sát → nguyên hàm, tích phân
Ở A1 ta đã có ngôn ngữ hàm số. Hôm nay đón gia đình hàm mới đầu tiên:
những hàm biết lặp lại — nền cho đạo hàm, tích phân và cả bốn kì thi.
Hôm nay em sẽ đi qua 4 bước
Lộ trình buổi A2
Góc & đường tròn lượng giác — sin, cos, tan sinh ra từ đâu
Bốn hàm số lượng giác: tập xác định, tuần hoàn, đồ thị hình sóng
Phương trình lượng giác cơ bản: \(\sin x=m,\ \cos x=m,\ \tan x=m\)
Bài toán tuần hoàn thực tế: vòng quay, sóng biển, dao động
…và góc quen thuộc "Một câu hỏi — bốn kì thi": cùng một vòng quay,
TN THPT / HSA / TSA / SPT sẽ hỏi em bốn kiểu khác nhau thế nào.
Chuyện chiếc vòng quay mặt trời
Cuối A1 thầy hẹn: có những thứ lặp đi lặp lại mãi — thuỷ triều, ngày–đêm,
nhịp tim, bánh xe quay. Hàm bậc hai không kể nổi chúng. Hãy nhìn một cabin trên vòng quay:
Cabin đi tròn đều, nhưng độ cao của nó theo thời gian vẽ nên hình gì?
Đó chính là…
một đường hình sin — sinh ra từ chuyển động tròn. Muốn hiểu nó, ta phải làm quen
đường tròn lượng giác trước.
Mười câu "hạt giống" — đường tròn lượng giác
Nhân vật chính hôm nay: đường tròn lượng giác (bán kính 1) và các giá trị đặc biệt.
Trả lời nhanh và ghi nhớ — đây là "viên gạch" cho mọi ví dụ sau (bấm → để hiện đáp số):
1
\(\sin\dfrac{\pi}{6}=\,?\)
1/2
2
\(\cos\dfrac{\pi}{3}=\,?\)
1/2
3
\(\sin\dfrac{\pi}{2}=\,?\)
1
4
\(\cos\pi=\,?\)
−1
5
\(\tan\dfrac{\pi}{4}=\,?\)
1
6
Điểm ứng góc \(\dfrac{\pi}{2}\) có toạ độ?
(0; 1)
7
\(\sin(-\alpha)=\,?\)
−sin α
8
\(\cos x=0\) khi \(x=\,?\)
π/2 + kπ
9
Chu kì của \(y=\sin x\)?
2π
10
\(-1\le\sin x\le1\Rightarrow\) GTLN \(\sin x\)?
1
Nhớ kĩ 10 viên gạch này — cả buổi ta chỉ "xây" quanh chúng.
Đường tròn lượng giác — nơi sin, cos ra đời
Sin, cos, tan trên đường tròn lượng giác
Điểm \(M\) trên đường tròn (bán kính 1) ứng với góc \(\alpha\):
cos α = hoành độ của \(M\); sin α = tung độ của \(M\).
Mẹo: "Nhất cả — nhị sin — tam tan — tứ cos" (góc phần tư nào thì GTLG đó dương).
Cung liên kết (dùng ngay ở Ví dụ 2): cos đối \(\cos(-\alpha)=\cos\alpha\) ·
sin bù \(\sin(\pi-\alpha)=\sin\alpha\) · phụ chéo \(\sin(\tfrac{\pi}{2}-\alpha)=\cos\alpha\).
Ví dụ 2 — dùng cung liên kết, khỏi bấm máy
Tính \(\cos\dfrac{2\pi}{3}\), \(\sin\dfrac{5\pi}{6}\), \(\tan\Bigl(-\dfrac{\pi}{4}\Bigr)\).
Đưa mỗi góc về góc đặc biệt trong bảng bằng một cung liên kết!
Lời giải.
\(\cos\dfrac{2\pi}{3}=\cos\Bigl(\pi-\dfrac{\pi}{3}\Bigr)=-\cos\dfrac{\pi}{3}=\class{kq}{-\dfrac12}\) (góc phần tư II: cos âm).
Còn hạ bậc \(\bigl(\cos^2a=\tfrac{1+\cos2a}{2}\bigr)\), biến đổi tích ↔ tổng, tổng ↔ tích:
dùng nhiều ở câu vận dụng. Buổi hôm nay ta tập trung vào hàm số & phương trình — công thức
biến đổi chỉ điểm để em biết đường tra cứu.
Hàm \(y=\sin x\) — đường hình sóng
y = sin x
TXĐ: \(\mathbb{R}\); Tập giá trị: \([-1;1]\).
Hàm lẻ (đối xứng qua \(O\)): \(\sin(-x)=-\sin x\).
Tuần hoàn chu kì \(T=2\pi\): cứ mỗi \(2\pi\), đồ thị lặp lại y hệt.
Đồng biến trên \(\bigl(-\tfrac{\pi}{2}+k2\pi;\tfrac{\pi}{2}+k2\pi\bigr)\), nghịch biến trên phần còn lại.
Hàm \(y=\cos x\) — sóng "khởi hành từ đỉnh"
y = cos x
TXĐ: \(\mathbb{R}\); Tập giá trị: \([-1;1]\); chu kì \(T=2\pi\).
Hàm chẵn (đối xứng qua trục \(Oy\)): \(\cos(-x)=\cos x\).
Đồ thị \(\cos\) = đồ thị \(\sin\) dịch sang trái \(\tfrac{\pi}{2}\) \(\bigl(\cos x=\sin(x+\tfrac{\pi}{2})\bigr)\).
Cùng dải \([-1;1]\), cùng chu kì \(2\pi\) — chỉ khác điểm xuất phát.
Lời giải. Điều kiện: \(\cos x\ne0\Leftrightarrow x\ne\dfrac{\pi}{2}+k\pi\).
Vậy \(D=\class{kq}{\mathbb{R}\setminus\bigl\{\tfrac{\pi}{2}+k\pi\bigr\}}\ (k\in\mathbb{Z})\).
Tuần hoàn, chẵn – lẻ & giá trị lớn nhất – nhỏ nhất
Chu kì hàm mở rộng & cách tìm GTLN–GTNN
Chu kì: \(y=A\sin\omega x,\ y=A\cos\omega x\) có \(T=\dfrac{2\pi}{|\omega|}\); \(y=A\tan\omega x\) có \(T=\dfrac{\pi}{|\omega|}\).
GTLN–GTNN: chặn bằng \(-1\le\sin u,\cos u\le1\) rồi suy ra hai đầu.
Ví dụ 4. Tìm chu kì của \(y=\sin3x\) và tập giá trị của \(y=2030-4\cos x\).
Với \(y=2030-4\cos x\): \(\cos x\) chạy trong đoạn nào, kéo \(-4\cos x\) đi đâu?
Lời giải. \(y=\sin3x\) có \(T=\dfrac{2\pi}{3}\).
Vì \(-1\le\cos x\le1\Rightarrow -4\le-4\cos x\le4\Rightarrow 2026\le y\le2034\).
Tập giá trị \(\class{kq}{[2026;2034]}\): GTNN \(2026\) (khi \(\cos x=1\)), GTLN \(2034\) (khi \(\cos x=-1\)).
Ví dụ 5 — trở lại chiếc vòng quay: sóng biển
Chiều cao mặt nước tại một cầu cảng dao động tuần hoàn theo sóng:
\(h(t)=75\sin\dfrac{\pi t}{8}\) (cm), với \(t\) tính bằng giây.
Sóng cao nhất bao nhiêu, và bao lâu sóng lặp lại một chu kì?
Lời giải.
Vì \(-1\le\sin\dfrac{\pi t}{8}\le1\Rightarrow -75\le h\le75\): độ cao lớn nhất \(\class{kq}{75}\) cm.
Chu kì \(T=\dfrac{2\pi}{\pi/8}=\class{kq}{16}\) giây — cứ 16 giây con sóng lại lặp lại y hệt.
Bài học
Mọi hiện tượng "lên xuống đều đặn" — sóng, thuỷ triều, li độ dao động, độ cao cabin vòng quay —
đều mặc chung một chiếc áo \(y=A\sin(\omega t)+B\). Biên độ \(A\), chu kì \(T=\dfrac{2\pi}{\omega}\).
Phương trình \(\sin x=m\) — đọc trên đường tròn
Nghiệm của sin x = m
Nếu \(|m|>1\): vô nghiệm (đường thẳng không cắt đường tròn).
Nếu \(|m|\le1\), gọi \(\alpha\) với \(\sin\alpha=m\):
\[\sin x=m\Leftrightarrow\left[\begin{aligned}x&=\alpha+k2\pi\\ x&=\pi-\alpha+k2\pi\end{aligned}\right.\]
Sai lầm kinh điển: chỉ ghi một họ nghiệm \(x=\tfrac{\pi}{6}+k2\pi\) rồi quên họ \(\pi-\alpha\).
Nhìn hình: đường thẳng \(y=m\) cắt đường tròn ở hai điểm ⟹ hai họ nghiệm.
Với cos, hai họ nghiệm gộp gọn thành \(\pm\alpha\); với tan chỉ một họ — đừng nhầm số họ nghiệm giữa các loại!
Ví dụ 8 — dao động điều hoà: khi nào về vị trí cân bằng?
Một vật dao động điều hoà có li độ \(x=1{,}5\cos\dfrac{\pi t}{4}\) (m), \(t\) tính bằng giây.
Vật ở vị trí cân bằng khi li độ \(x=0\). Tìm các thời điểm đó.
\(\Leftrightarrow t=2+4k\ (k\in\mathbb{Z})\); vì \(t\ge0\): \(t=2;\,6;\,10;\,14;\dots\) giây.
Chú ý
Bài thực tế luôn kèm điều kiện của biến (\(t\ge0\)) → phải loại nghiệm âm và, nếu đề giới hạn
thời gian, chỉ giữ các \(k\) hợp lệ. Đây đúng là tinh thần "đặt biến có điều kiện" từ A1.
Một câu hỏi — bốn kì thi ① TN THPT
Chiếc vòng quay trở lại
Vòng quay có tâm cao 50 m, bán kính 40 m, quay đều 1 vòng trong 20 phút; xuất phát từ vị trí thấp nhất.
Độ cao cabin sau \(t\) phút: \(h(t)=50-40\cos\dfrac{\pi t}{10}\) (m). Cùng mô hình ấy, bốn kì thi "mặc áo" khác nhau.
Áo TN THPT — câu Đúng/Sai 4 ý
a) Lúc \(t=0\), cabin ở vị trí thấp nhất, cách đất \(10\) m.
Đ — \(h(0)=50-40=10\).
b) Độ cao lớn nhất của cabin là \(90\) m.
Đ — \(h_{\max}=50+40=90\) (khi \(\cos=-1\)).
c) Sau đúng \(10\) phút, cabin trở lại vị trí thấp nhất.
S — \(h(10)=50-40\cos\pi=90\): đó là cao nhất; phải sau \(20\) phút (một chu kì) mới về thấp nhất.
d) Lần đầu cabin cao \(70\) m ở phút thứ \(\tfrac{20}{3}\) (≈ 6 phút 40 giây).
Đ — \(\cos\tfrac{\pi t}{10}=-\tfrac12\Rightarrow t=\tfrac{20}{3}\).
Chấm lũy tiến: đúng 1 ý — 0,1đ · 2 ý — 0,25đ · 3 ý — 0,5đ · cả 4 ý — 1đ.
Các ý "có con số" như c), d) phải tính lại, đừng đoán!
Một câu hỏi — bốn kì thi ② HSA và TSA — thử ngay tại chỗ!
Áo HSA — câu điền đáp án (nhịp ~90 giây/câu): em gõ thử!
"…Chu kì quay của cabin là
phút;
cabin cao 70 m lần đầu ở phút thứ
(làm tròn 2 chữ số thập phân)." Không có 4 phương án để loại trừ — phải tự tính. Đáp số lẻ thì làm tròn đúng yêu cầu của đề
và dùng dấu phẩy (6,67) — gõ lệch một chữ số là mất trọn điểm.
Lập mô hình độ cao (kéo thẻ vào ô — hoặc chạm thẻ rồi chạm ô trên điện thoại):
\(h(t)=\)
\(\;-\;\)
\(\cos\bigl(\) \(\cdot\,t\bigr)\)
Kho thẻ:
504010π/10π/20π/5— có thẻ nhiễu!
Luật TSA: đúng 2/3 ô vẫn 0 điểm — tâm cao 50, bán kính 40, \(\omega=\tfrac{2\pi}{20}=\tfrac{\pi}{10}\).
Một câu hỏi — bốn kì thi ③ SPT — tự luận viết tay
Yêu cầu: tìm thời điểm đầu tiên cabin cao 70 m, trình bày trên giấy —
giám khảo chấm từng bước theo barem (mỗi câu tự luận SPT ≈ 1,0đ):
Bước
Nội dung phải có trên giấy
Điểm
①
Lập phương trình: \(50-40\cos\dfrac{\pi t}{10}=70\Leftrightarrow\cos\dfrac{\pi t}{10}=-\dfrac12\)
0,25
②
Giải cơ bản: \(\dfrac{\pi t}{10}=\pm\dfrac{2\pi}{3}+k2\pi\ (k\in\mathbb{Z})\)
0,25
③
\(t=\pm\dfrac{20}{3}+20k\); kèm điều kiện \(t>0\), chọn nghiệm nhỏ nhất \(\Rightarrow t=\dfrac{20}{3}\)
0,25
④
Kết luận: lần đầu tại \(t=\dfrac{20}{3}\) phút \(\approx6\) phút \(40\) giây — đủ đơn vị
0,25
Ba lỗi mất điểm kinh điển
chỉ lấy dấu \(+\dfrac{2\pi}{3}\), quên nhánh \(-\) (②) · quên chọn nghiệm nhỏ nhất dương vì đề hỏi "lần đầu" (③) ·
thiếu đơn vị/đổi ra phút–giây (④).
Thông điệp
Một lõi kiến thức — nhiều template. Vẫn một chiếc vòng quay: TN hỏi Đ/S, HSA điền số,
TSA kéo thả, SPT bắt trình bày. Học chắc bản chất một lần là ăn cả bốn kì.
Luyện tập — Bài 1, 2, 3
Bài 1.(*) Đổi \(72^\circ\) và \(-135^\circ\) ra radian.
Đường tròn lượng giác: \(\cos=\) hoành độ, \(\sin=\) tung độ; thuộc bảng giá trị đặc biệt +
cung liên kết; đổi độ ra radian nhân \(\dfrac{\pi}{180}\), độ dài cung \(\ell=R\alpha\).
Bốn hàm lượng giác: \(\sin,\cos\) có TXĐ \(\mathbb{R}\), TGT \([-1;1]\), chu kì \(2\pi\)
(\(\cos\) chẵn, \(\sin\) lẻ); \(\tan,\cot\) chu kì \(\pi\), bỏ các điểm tiệm cận. Đồ thị hình sóng.
PT lượng giác cơ bản: \(\sin x=m,\cos x=m\) cần \(|m|\le1\);
\(\sin x=m\Rightarrow x=\alpha+k2\pi\) hoặc \(\pi-\alpha+k2\pi\); \(\cos x=m\Rightarrow x=\pm\alpha+k2\pi\);
\(\tan x=m\Rightarrow x=\alpha+k\pi\) (mọi \(m\)).
Dặn dò và hẹn gặp lại
Dặn dò
Làm lại các ví dụ không nhìn lời giải; thuộc bảng giá trị đặc biệt và 3 công thức nghiệm.
Phiếu tự luận A2: trình bày từng bước như lời giải mẫu — đúng cách chấm của kì thi SPT.
Quiz web mỗi ngày 10–20 phút trên điện thoại (link gửi kèm) — đúng nhịp thi máy HSA/TSA.
Sóng, thuỷ triều, cabin — thứ gì cũng quay về chốn cũ.
Nhưng có những thứ tăng mãi không quay lại: dân số, tiền lãi kép, chất phóng xạ phân rã… Cần một gia đình hàm mới ② biết LỚN LÊN theo cấp số nhân:
luỹ thừa – mũ – lôgarit — hẹn em ở A3!