Методика изучения тригонометрических функций кратко

Обновлено: 02.05.2024

В настоящее время изучению тригонометрических функций именно как функций числового аргумента уделяется большое внимание в школьном курсе алгебры и начал анализа. Существует несколько различных подходов к преподаванию данной темы в школьном курсе, и учитель, особенно начинающий, легко может запутаться в том, какой подход является наиболее подходящим. А ведь тригонометрические функции представляют собой наиболее удобное и наглядное средство для изучения всех свойств функций (до применения производной), а в особенности такого свойства многих природных процессов как периодичность. Поэтому их изучению следует уделить пристальное внимание. Все выше сказанное и обуславливает актуальность выбора темы для данной исследовательской работы.

Гипотеза: изучение тригонометрических функций будет более эффективным, в том случае когда:

1) перед введением тригонометрических функций проведена достаточно широкая пропедевтическая работа с числовой окружностью;

2) числовая окружность рассматривается не только как самостоятельный объект, но и как элемент декартовой системы координат;

3) построение графиков осуществляется после исследования свойств тригонометрических функций, исходя из анализа поведения функции на числовой окружности;

4) каждое свойство функций четко обосновано и все они сведены в систему.

Для решения проблемы исследования, проверки достоверности гипотезы и достижения цели реализуются следующие задачи:

- исследование уже имеющейся научно-методической литературы по этой теме;

- проведение логико-дидактического анализа изложения этой темы в современных учебных пособиях;

- обобщение и систематизация полученных сведений;

- экспериментальная проверка эффективности использования разработанной методики.

Для достижения целей работы, проверки гипотезы и решения вышепоставленных задач были использованы следующие методы:

- изучение программ, учебных пособий, методических материалов, касающихся тригонометрических функций;

- сопоставительный анализ школьных учебников различных авторов;

- наблюдение за учащимися во время проведения занятий.

§ 1. Общие вопросы изучения тригонометрических функций в школьном курсе

Во введении говорилось о необходимости изучения тригонометрических функций числового аргумента в школьном курсе алгебре и математического анализа. Что же обуславливает данную необходимость?

Итак, основными целями изучения тригонометрических функций числового аргумента являются:

1) ознакомление учащихся с новым видом трансцендентных функций;

2) развитие навыков вычислительной практики (работа с трансцендентными функциями зачастую требует громоздких вычислений);

3) наглядная иллюстрация всех основных свойств функций (в особенности периодичности);

4) установление межпредметных связей с практикой (изучение колебаний маятника, электрического тока, волновой теории света невозможны без знаний о тригонометрических функциях);

5) развитие логического мышления (обилие формул порождает необходимость преобразований не алгебраического характера, которые носят исследовательский характер).

В изучении тригонометрических функций можно выделить следующие этапы:

I. Первое знакомство с тригонометрическими функциями углового аргумента в геометрии. Значение аргумента рассматривается в промежутке (0 о ;90 о ). На этом этапе учащиеся узнают, что sin, сos, tg и ctg угла зависят от его градусной меры, знакомятся с табличными значениями, основным тригонометрическим тождеством и некоторыми формулами приведения.

II. Обобщение понятий синуса, косинуса, тангенса и котангенса для углов (0 о ;180 о ). На этом этапе рассматривается взаимосвязь тригонометрических функций и координат точки на плоскости, доказываются теоремы синусов и косинусов, рассматривается вопрос решения треугольников с помощью тригонометрических соотношений.

III. Введение понятий тригонометрических функций числового аргумента.

IV. Систематизация и расширение знаний о тригонометрических функциях числа, рассмотрение графиков функций, проведение исследования, в том числе и с помощью производной.

Отметим, что существует несколько способов определения тригонометрических функций. Их можно подразделить на две группы: аналитические и геометрические. К аналитическим способам относят определение функции у = sin х как решения дифференциального уравнения f '' (х)=-c*f(х) или как сумму степенного ряда sin х = х – х 3 /3!+ х 5 /5! – …

К геометрическим способам относят определение тригонометрических функций на основе проекций и координат радиус-вектора, определение через соотношения сторон прямоугольного треугольника и определения с помощью числовой окружности. В школьном курсе предпочтение отдается геометрическим способам в силу их простоты и наглядности.

Отметим, что изучение тригонометрических функций в школьном курсе имеет некоторые особенности. Во-первых, до изучения тригонометрических функций, рассматривались функции вида у=f(x), где х и у – некоторые действительные числа, здесь же - углу ставится в соответствие число, что является несколько непривычным для учащихся. Кроме того, раньше все функции задавались формулами, в которых явным образом был указан порядок действий над значениями аргумента для получения значений функции. Теперь же учащиеся сталкиваются с функциями, заданными таблично.

Таким образом, изучая тригонометрические функции, учащиеся лучше начинают разбираться в сущности самого понятия функции. Они начинают осознавать, что функцией может быть зависимость между любыми множествами объектов, даже если они имеют различную природу (лишь бы каждому значению аргумента соответствовало единственное значение функции).

В настоящее время вопросы тригонометрии изучаются в 10-11 классах в рамках 85 - часового курса "Алгебра и начала анализа". В разных вариантах тематических планов, опирающихся на учебники разных авторов, отводится от 15 до 28 часов; при этом в основном ставятся следующие цели:

- ввести понятие синуса, косинуса, тангенса и котангенса для произвольного угла;

- систематизировать, обобщить и расширить уже имеющиеся у учащихся знания о тригонометрических функциях углового аргумента;

- изучить свойства тригонометрических функций;

- научить учащихся строить графики тригонометрических функций и выполнять некоторые преобразования этих графиков.

Проанализируем с точки зрения реализации вышеперечисленных целей те учебники, которые наиболее распространенны в общеобразовательных школах, а именно учебники [16], [2], [3], [11].

Ну, а учебник [2] по сравнению с другими изобилует большим количеством цитат и шуточных математических рисунков. Это, несомненно, развивает математический кругозор учащихся, но, что касается содержательной стороны этого учебника, то, по моему мнению, он больше подойдет для обучения математике в профильных (не математических) классах.

В современных учебных пособиях предпочтение отдается определению с помощью единичной окружности. При этом только в [16] уделено достаточное внимание работе с числовой окружностью как с самостоятельным объектом изучения, и это является одним из достоинств этого учебника.

При обосновании свойств четности и нечетности тригонометрических функций доказательство тождества sin(-х) = -sin(х) сводится в основном к симметричности точек х и –х, которая также четко не обоснована ни в одном из учебников. *

Монотонность же тригонометрических функций во всех учебниках, за исключением [11], иллюстрируется с помощью числовой окружности. В учебнике [11] в силу того, что тригонометрические преобразования изучаются перед тригонометрическими функциями, монотонность функции у= sin(х) обоснована более доказательно, но все же некоторые недочеты имеются. *

Система задач в учебнике [3] содержит в себе задания на перевод из градусной меры в радианную и наоборот, построение углов на единичной окружности, движение точки по окружности, определение тригонометрических функций, исследование и построение графиков комбинаций тригонометрических функций, нахождение значений тригонометрических функций в некоторых точках и их знаков на некоторых промежутках, нахождение производных комбинаций тригонометрических функций и вычисление приближенных значений тригонометрических функций.

Наиболее же полноценной из всех является система задач в учебнике [16]. Здесь, кроме всего уже вышеперечисленного, большое внимание уделено отработке навыков и умений работы с числовой окружностью, присутствуют задачи для работы с тригонометрическими функциями как числового, так и углового аргументов, используются функции, заданные кусочно, отрабатываются умения решать уравнения, содержащие тригонометрические функции, графическим методом.

Вообще, говоря о системе задач этих учебников, следует отметить некоторые недостатки учебника [3]. В идеале, решение каждой последующей задачи должно не только опираться на предыдущую, но и содержать какие–то дополнительные идеи. Здесь же не везде четко прослеживается система, да и по уровню сложности задачи не столь уж разнообразны.

Зато наличие отдельного задачника к учебнику [16] позволило дать в нем полноценную по объему систему упражнений, достаточную для работы в классе, для домашних заданий и повторения. Все задания дифференцированы по блокам, отдельно выделены даже устные и полуустные упражнения, что дает возможность более рационального использования учебного времени.

В изучении тригонометрических функций в школе можно выделить два основных этапа:

ü Систематизация и расширение знаний о тригонометрических функциях в курсе алгебры и начал анализа (10-11 класс ).

На первом этапе не доказывается и не уточняется, что изучаемые зависимости являются функциями. Изменение синуса и косинуса при изменении угла доказываются на основе свойств наклонной. Эти понятия достаточно абстрактны для курса геометрии, поэтому усваиваются довольно плохо. Но еще большие трудности вызывает переход к аргументу, большему 90 0 . Ведь мы определяли тригонометрические функции через отношение сторон прямоугольного треугольника, а, как известно, в прямоугольном треугольнике не может быть угла с градусной мерой, большей 90 0 . Для объяснения этого факта уже на этом этапе приходится рассматривать окружность, и это является своеобразной пропедевтической работой для введения тригонометрических функций числового аргумента с помощью окружности в курсе алгебры и начал анализа.

На втором этапе происходит переход от углового аргумента к числовому. С самого начала курса мы должны рассматривать тригонометрические функции углов любой величины – значит предварительно нужно познакомить учеников с углом как с величиной, способной изменятся от -¥ до +¥. В курсе геометрии такое понятие не фигурировало, следовательно, это необходимо восполнить на втором этапе. Таким образом, возникает необходимость введения числовой окружности, работу с которой целесообразно провести также на втором этапе.

В качестве пропедевтической работы для изучения модели числовой окружности желательно рассмотреть геометрические задачи на нахождение длины дуг четверти окружности данного радиуса, ее трети и половины. Обобщая полученные результаты, необходимо подвести учащихся к тому факту, что для дальнейшей работы выгоднее выбирать окружности именно единичного, а не произвольного радиуса.

В процессе работы с числовой окружностью у учащихся должны быть сформированы следующие умения:

- находить на числовой окружности точки, соответствующие заданным числам, выраженным в долях числа p и выраженным не в долях числа p;

- составлять аналитические записи для дуг числовой окружности;

- определять принадлежность точки какой-либо координатной четверти;

- работать одновременно в двух системах координат – в криволинейной и прямоугольно-декартовой и осуществлять переход от одной системы координат к другой;

- находить координаты точек числовой окружности и отыскивать на числовой окружности точки по заданным координатам;

Для этого целесообразно рассматривать задания следующих типов:

1) Найти на числовой окружности точки p/2, 9p, 26p/3, -5p/4, -7p/6…..

2) Найти на числовой окружности точки 1, 2, -7, 4.5, -31 ….

3) Определить, каким четвертям принадлежат точки 21p/4, -37p/6, 10, -95.

4) Отметить на числовой окружности точки t, удовлетворяющие неравенствам: а) p/6+2pк £ t £ 2p/3+2pк, кÎZ

б) -p/3+2pк £ t £ 3p/4+2pк, кÎZ

5) Найти декартовы координаты точек, соответствующих числам p/4, -3p/2, 23p/6, -13p/3…..

6) Найти положительные и отрицательные числа, которым соответствуют точки с координатами (1/2;Ö3/2), (-Ö2/2; Ö2/2); (Ö3/2; -1/2), (-1,0)….

7) Найти на числовой окружности точки с ординатами (абсциссами) равными -Ö3/2, 1/2, -Ö2/2, 0, -1, абсциссы (ординаты) которых отрицательны, и записать, каким числам они соответствуют.

8) Найти на числовой окружности точки с ординатой (абсциссой) > -Ö2/2 и записать, каким числам они соответствуют.

В процессе работы с числовой окружностью следует обратить внимание на следующие моменты.

Эта мотивационная задача позволяет еще раз провести связь между числовой окружностью и числовой прямой. Ведь на числовой прямой можно было откладывать не только положительные, но и отрицательные значения, причем сколь угодно большие. На числовой окружности можно делать то же самое, но следует учитывать тот факт, что на прямой соответствие между точками и числами взаимно-однозначное, а на окружности у каждой точки бесконечно много имен, отличающихся друг от друга на 2pк, где кÎZ.

Это главное отличие учащиеся должны четко понимать и осознавать. Для этого числовую окружность можно сравнить с колесом, а числовую прямую с бесконечной нитью, на которой отмечены точки. Наматывая нитку на колесо, предварительно совместив соответствующие нулевые точки, можно заметить, что точки, отличающиеся на 2p, попадут в одно и тоже место на колесе, благодаря тому, что длина числовой окружности единичного радиуса составляет именно 2p.

Работая с числовой окружностью, мы уже усвоили тот факт, что так как длина дуги единичной окружности легко выражается через центральный угол, на нее опирающийся, то точку Р_a, можно построить и другим способом - откладывая дугу заданной длины. А так как длина дуги – всегда действительное число, значит, от тригонометрических функций углового аргумента легко можно перейти к тригонометрическим функциям числового аргумента.

Сейчас вернемся к наложенным на угол a ограничениям. Угол a принадлежит промежутку от 0 0 до 90 0 , а значит и длина дуги лежит между нулем и p/2. Используя все ту же геометрическую интерпретацию, легко показать, что эти определения можно распространить и на любые углы и числа.

Понятия тангенса и котангенса можно вводить двояко: как отношение синуса к косинусу (косинуса к синусу) и как ординату (абсциссу) точки пересечения касательной к окружности в точке (1;0) ((0;1)) и прямой ОР_a.

Рис.2

Использование второго подхода поможет нам не только на этапе изучения самих тригонометрических функций, но и на этапе решения тригонометрических уравнений и неравенств. Поэтому целесообразнее использовать именно второй подход, а определение тангенса a как отношение синуса a к косинусу a рассматривать как свойство.

Итак, мы ввели понятия всех тригонометрических функций (которые предусмотрены программой). Но перед тем, как перейти к их исследованию и построению графиков, необходимо проследить, чтобы у учащихся были отработаны следующие навыки:

(Для лучшего запоминания значений тригонометрических функций можно использовать следующую вспомогательную таблицу:

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Методика изучения тригонометрических функций.

1. Введение понятий sin , cos , tg для острого угла прямоугольного треугольника рассматривается: Погорелов - 8 кл. стр. 102,108; Атанасян - 8 кл. стр. 180.

Изучение тригонометрических функций sin , cos , tg для угла :

Погорелов - 8 кл. стр. 132.

Атанасян - 9 кл. стр.239.

При введении данных понятий используется окружность радиуса R (Погорелов) и R = l (Атанасян), взятая на координатной плоскости. От положительного направления оси х откладываем значения угла . Используя определения для прямоугольного треугольника, получаем:

sin a = у (Атанасян).

3.Рассматриваем произвольный угол, как положительный, так и отрицательный.

Используется окружность радиуса R . Но теперь рассматривается поворот начального радиуса, как в положительном, так и в отрицательном направлении:

ОА- начальный радиус.

Определения sin , cos , tg сохраняются и вводится определение ctg .

4. Введение радианной меры угла.

Как известно из геометрии углы измеряются с помощью дуг. Дугу при этом выражают либо в долях окружности, либо в долях радиуса.

Радианная мера угла, т.е. величина угла, выраженная в радианах, не зависит от длины радиуса. Это следует из того, что фигуры, ограниченные углом и дугой окружности с центром в вершине этого угла подобны, а следовательно:

Итак, радианной мерой угла называют отношение длины соответствующей дуги к радиусу окружности.

Возникает вопрос, когда это отношение равно 1? Или, какой смысл единицы измерения в радианной мере?

Итак, углом в 1 радиан называют центральный угол, которому соответствует дуга, равная длине радиуса окружности.

Посмотрим, как связаны градусная и радианная меры:

Градусная мера Радианная мера

5. Введение тригонометрических функций.

Если любому действительному числу х поставить в соответствие х рад, а углу в х рад поставить в соответствие sinx , то имеем функцию, где числу х ставится в соответствие sinx :

Изучение свойств тригонометрических функций.

Возьмём тригонометрическую функцию у = sinx .

Замечание: в школьном учебнике Колмогорова свойства этой функции изучаются раздельно. Покажем изучение этих свойств одним блоком.

Основные понятия: 1. Определение sinx ;

Определение периодичности функции;

Определение четной функции;

Определение возрастания (убывания) функции.

Оформим свойства функции у = sinx в виде таблицы:

1. Область определения: D ( sinx )= R

2. Область значений: E ( sinx )=[ -1 ; 1 ]

Совершив поворот на угол х, мы получим точку А единичной окружности.

sin x - ордината точки на единичной окружности. Ордината равна нулю в точках А и В. Для точки А соотв. углы: 0; 2; 4,… Для точки В:;3. -; -3л.

Объединив решения, получим:

. -3,-2,-,0, , 2, 3,.

5. Знаки функции

sin x - это ордината. Ордината положительна, если точки расположены на верхней части окружности.

6. Четность, нечетность:

у = sinx - нечетная.

Возьмём углы х и —х . Получим точки А и В.

Точки А и В симметричны относительно оси Ох, значит их ординаты противоположны sin (- x ) = - sinx (знак "-" можно вынести из под знака синуса).

7. Возрастание функции:

Рассмотрим изменение угла от до : угол увеличивается, ордината

Если с увеличением х, у возрастает, то функция возрастающая.

8. Экстремумы: sinx = 1, если

Sinx=-1, если

sin - это ордината. Ордината наибольшая в точке А, а наименьшая в точке В.

Далее используем периодичность.

Замечание: Дополнительно следует рассмотреть:

доказательство того, что 2П- наименьший положительный период функции у = sinx ;

доказательство того, что функция возрастает на указанном промежутке и убывает на указанном промежутке без обращения к рисунку.

Мы уже показали, что функция у= sinx - периодическая. Следовательно, существует Т-период. По определению периодической функции: для любого х из области определения выполняется равенство:

sin ( x + Т) = sinx .

Возьмём , тогда sin ( T +) = sin = 1. Т.к. sinx = l только при то Т+ = + 2л k Т=2 k .

Наименьшее положительное число есть 2П при n =1.

Оценим разность. Наименьшее значение будет, если уменьшаемое наибольшее, а вычитаемое наименьшее.

Оценим сумму: сумма будет наименьшей, если каждое слагаемое наименьшее. Сумма будет наибольшая, если каждое слагаемое наибольшее. Следовательно:

Итак, функция y = sinx возрастает на промежутке Аналогично доказывается убывание функции у = sinx .

8. График функции у = sinx .

Существует три подхода к построению графика функции у = sinx :

1)график функции строится после изучения всех свойств - этот подход очень важный, так как мы показываем, что от аналитической записи можно придти к графику. В этом случае мы отмечаем нули функции, область значений, точки максимума, минимума, учитывая промежутки возрастания и убывания функции, а также периодичность. Строим график функции y=sinx.

2)на основе определения sinx :

Для слабого класса удобен именно этот путь построения графика, а уже из графика выведение всех свойств этой функции.

3) график строится как во втором случае, свойства называются по графику, как во втором случае.

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 29 человек из 18 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Математика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Сейчас обучается 683 человека из 75 регионов

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Дистанционные курсы для педагогов

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 611 712 материалов в базе

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

18.03.2016 5378
DOCX 241 кбайт
36 скачиваний
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Механикова Анастасия Владимировна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

В Госдуме предложили ввести сертификаты на отдых детей от 8 до 17 лет

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Минтруд предложил упростить направление маткапитала на образование

Время чтения: 1 минута

В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик

Время чтения: 2 минуты

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Новые курсы: преподавание блогинга и архитектуры, подготовка аспирантов и другие

Время чтения: 16 минут

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

На этом уроке мы рассмотрим основные тригонометрические функции, их свойства и графики, а также перечислим основные типы тригонометрических уравнений и систем. Кроме этого, укажем общие решения простейших тригонометрических уравнений и их частные случаи.

Данный урок поможет Вам подготовиться к одному из типов задания В5 и С1.

Цели изучения тригонометрии: Во-первых, тригонометрия обогащает координатный математический метод. Во-вторых, используется для описания многих периодических процессов окружающего мира.

Краткая схема изучения тригонометрии.
Первое знакомство с тригонометрическими функциями
происходит на уроках геометрии, при рассмотрении прямоугольно-
го треугольника. Вначале рассматриваются только синусы и косинусы острых углов, а углы измеряются в градусах.

Уже на этом этапе первого знакомства и первых определений
доказывается и первая формула тригонометрии, которая носит торжественное имя –– основное тригонометрическое тождество:

2.4.3. Преобразование тригонометрических выражений. Основные тригонометрические формулы.

Читайте также: