Trigonometri

İki Kat Açı ve Yarım Açı Formülleri

AYT10 dakikalık okuma

İki kat açı ve yarım açı formülleri: iki ahşap diskte aynı açı diliminin iki katına genişlemesini ve ikiye bölünmesini gösteren öğrenci

İki kat açı formülleri bir açının iki katının trigonometrik değerlerini, yarım açı formülleri ise yarısının değerlerini açının kendi değerleriyle hesaplar. İkisi de toplam formüllerinden doğar ve birbirinin tersidir. Bu yazıda sinüs, kosinüs ve tanjantın iki kat açı formüllerini, kosinüsün üç biçimini ve hangisinin ne zaman seçileceğini, kuvvet azaltma formüllerini, yarım açı formüllerini ve karekökte işaret seçimini, üç kat açı formüllerini, tanjant yarım açı dönüşümünü ve bu formüllerin sadeleştirme, denklem ve uygulama sorularında kullanımını çözümlü örneklerle ele alıyoruz.


İki kat ve yarım açı nedir?

Önce şunları bil

Bu yazıyı daha rahat anlamak için toplam formüllerini, özel açıların değerlerini ve temel özdeşliği biliyor olman yeterli.

Temel bilgiler için Trigonometrik Toplam ve Fark Formülleri ve Trigonometrik Özdeşlikler ve Formüller yazılarına göz at.

Bir açının trigonometrik değerleri biliniyorsa iki katının ya da yarısının değerleri de hesaplanabilir. sin2x değeri 2sinx değildir ve sinx2 değeri de sinx2 değildir; açı iki katına çıktığında değerler karmaşık bir biçimde değişir. İki kat ve yarım açı formülleri bu değişimi tam olarak hesaplar.

Kapaktaki öğrenci iki ahşap disk üzerinde aynı açı dilimiyle çalışıyor: soldaki diskte dilim iki katına genişletiliyor, sağdakinde ise ikiye bölünüyor. Yazının iki yarısı bu iki işleme karşılık geliyor.

İki kat açı formülleri nereden gelir?

Toplam formüllerinde iki açı birbirine eşit alınırsa, yani a=b=x yazılırsa iki kat açı formülleri doğrudan elde edilir:

Toplam formülüa=b=x için
sin(a+b)=sinacosb+cosasinbsin2x=2sinxcosx
cos(a+b)=cosacosb−sinasinbcos2x=cos2x−sin2x
tan(a+b)=tana+tanb1−tanatanbtan2x=2tanx1−tan2x

Bu yüzden iki kat açı formüllerini ayrıca ezberlemeye gerek yoktur; toplam formülü bilen biri onları birkaç saniyede yeniden kurabilir.

Sinüsün iki katı

sin2x=2sinxcosx formülü, hem sinüse hem kosinüse ihtiyaç duyar. Yalnızca biri verildiğinde diğeri temel özdeşlikle ya da bir dik üçgenle bulunur.

Örnek

x dar açı ve sinx=513 olsun.

sin2x değerini bulalım.

Dik üçgenden ya da temel özdeşlikten cosx=1213 bulunur.

sin2x=2·513·1213=120169 olur.

Formül tersten de çok kullanılır: sinxcosx çarpımı sin2x2 e eşittir. Örneğin sin22,5∘cos22,5∘=sin45∘2=24 olur.

Kosinüsün üç biçimi

cos2x=cos2x−sin2x formülünde sin2x yerine 1−cos2x ya da cos2x yerine 1−sin2x yazılınca iki yeni biçim daha elde edilir:

BiçimNe zaman seçilir?
cos2x=cos2x−sin2xİki oran da biliniyorsa
cos2x=2cos2x−1Yalnızca kosinüs biliniyorsa
cos2x=1−2sin2xYalnızca sinüs biliniyorsa
Örnek

cosx=13 olsun.

cos2x değerini bulalım.

Yalnızca kosinüs bilindiği için 2cos2x−1 biçimi seçilir.

cos2x=2·19−1=−79 olur.

Uygun biçim seçildiğinde eksik oranı bulmaya, dolayısıyla açının bölgesini düşünmeye gerek kalmaz. Kosinüsün iki katı, açının bölgesinden bağımsız olarak tek bir değer verir.

Tanjantın iki katı

tan2x=2tanx1−tan2x formülü yalnızca tanjant cinsinden yazılmıştır; sinüs ya da kosinüse gerek yoktur. Paydanın sıfır olduğu durumda, yani tanx=±1 iken tan2x tanımsızdır.

Örnek

tanx=12 olsun.

tan2x değerini bulalım.

tan2x=2·121−14=134.

Sonuç 43 olur.

Tanjantın iki katı, açının bölgesini bilmeden yalnızca tanjant değeriyle hesaplanabildiği için tanjantı verilen sorularda en kısa yoldur. Sonucun işareti ise iki kat açının hangi bölgede bulunduğu hakkında da bilgi verir.

Bölgesi verilen açıda iki kat

Açı ikinci bölgede olduğunda kosinüs negatiftir. Bu işaret sin2x in işaretini doğrudan etkiler; cos2x in işareti ise karelerin farkından belirlenir.

Örnek

x ikinci bölgede ve sinx=1213 olsun.

sin2x ve cos2x değerlerini bulalım.

cosx=−513. sin2x=2·1213·(−513)=−120169.

cos2x=25169−144169=−119169 olur.

İki değerin de negatif çıkması 2x açısının üçüncü bölgede olduğunu gösterir. Bu tutarlıdır: x yaklaşık 112,6∘ olduğundan 2x yaklaşık 225,2∘ olur.

İki kattan açının oranlarına dönmek

Bazı sorularda iki kat açının değeri verilir ve açının kendi oranları istenir. Bu durumda kosinüsün iki biçimi tersten kullanılır: cos2x biliniyorsa sin2x ve cos2x doğrudan hesaplanır, işaret ise açının bölgesinden seçilir.

Örnek

x dar açı ve cos2x=725 olsun.

sinx ve cosx değerlerini bulalım.

1−2sin2x=725 olduğundan sin2x=925, yani sinx=35.

2cos2x−1=725 olduğundan cos2x=1625, yani cosx=45 olur.

Tersten kullanım kalıpları

İki kat açı formüllerinin tersten okunuşu, uzun görünen ifadeleri tek bir değere indirir. En sık görülen üç kalıp şunlardır:

İfadeEşiti
2sinxcosxsin2x
cos2x−sin2xcos2x
1−2sin2x ya da 2cos2x−1cos2x
Örnek

cos222,5∘−sin222,5∘ ve 1−2sin215∘ ifadeleri verilsin.

İfadelerin değerini bulalım.

Birincisi cos45∘=22 olur.

İkincisi cos30∘=32 olur.

Kuvvet azaltma formülleri

Kosinüsün iki biçimi kareli terim için çözülünce kuvvet azaltma formülleri elde edilir. Bu formüller kare terimi, iki kat açının birinci kuvvetine çevirir:

sin2x=1−cos2x2

cos2x=1+cos2x2

Bu formüller integral hesabında, periyot sorularında ve dördüncü kuvvetli ifadeleri sadeleştirmede kullanılır. Kuvvet azalırken açının iki katına çıktığına dikkat etmek gerekir.

Dördüncü kuvvetler

sin4x+cos4x gibi ifadeler, iki kare toplamının karesinden yararlanılarak sadeleşir. (sin2x+cos2x)2=1 olduğundan dördüncü kuvvetlerin toplamı 1−2sin2xcos2x tir.

Örnek

sin415∘+cos415∘ ifadesi verilsin.

İfadenin değerini bulalım.

2sin2xcos2x=sin22x2 olduğundan ifade 1−sin230∘2 olur.

1−18=78 bulunur.

Benzer yolla cos4x−sin4x farkı, iki kare farkı olarak açılıp (cos2x−sin2x)(cos2x+sin2x)=cos2x biçimine iner.

Yarım açı formülleri

Kuvvet azaltma formüllerinde x yerine x2 yazılır ve karekök alınırsa yarım açı formülleri elde edilir:

sinx2=±1−cosx2

cosx2=±1+cosx2

Hap bilgi

Karekökün önündeki işaret formülden gelmez.

İşaret, yarım açının hangi bölgede olduğuna bakılarak seçilir.

Yarım açıyla değer hesaplamak

Yarım açı formülleri, özel açıların yarısı olan 22,5∘ ve 15∘ gibi açıların değerlerini verir. Bu açılar birinci bölgede olduğu için karekökün işareti pozitiftir.

Örnek

cos22,5∘ ve sin22,5∘ değerleri istensin.

Yarım açı formülleriyle bulalım.

cos22,5∘=1+cos45∘2=2+24=2+22.

sin22,5∘=1−cos45∘2=2−22 olur.

İki değerin karelerinin toplamı 2+24+2−24=1 çıkar; temel özdeşlikle yapılan bu kontrol, hesapta hata olmadığını gösterir.

Yarım açıda işaret seçimi

Açı birinci bölgede değilse yarım açının bölgesi dikkatle belirlenmelidir. x açısı bir aralıktaysa x2 açısı bu aralığın yarısındadır; işaret bu yeni aralıktan okunur.

Örnek

180∘<x<270∘ ve cosx=−35 olsun.

sinx2 ve cosx2 değerlerini bulalım.

90∘<x2<135∘ olduğundan yarım açı ikinci bölgededir: sinüs pozitif, kosinüs negatif.

sinx2=1+352=255 ve cosx2=−1−352=−55 olur.

Dikkat

Yarım açının bölgesini açının kendi bölgesiyle karıştırmak.

Örnekte x üçüncü bölgededir ama x2 ikinci bölgededir. İşaret x e göre seçilseydi iki değerin de negatif alınması gerekirdi ve sinüsün işareti yanlış olurdu.

Tanjantın yarım açısı

Tanjantın yarım açı formülü karekök içermeyen iki biçimde yazılabilir. Bu biçimler, sinx1+cosx kesrinin pay ve paydası iki kat açı formülleriyle açılarak elde edilir:

tanx2=sinx1+cosx=1−cosxsinx

Örnek

tan22,5∘ ve tan15∘ değerleri istensin.

Karekök içermeyen biçimle bulalım.

tan22,5∘=1−cos45∘sin45∘=1−2222=2−1.

tan15∘=1−cos30∘sin30∘=1−3212=2−3 olur.

Bu biçimin üstünlüğü işaret sorununu ortadan kaldırmasıdır: kesir kendi işaretini taşıdığı için bölge tartışmasına gerek kalmaz.

Tanjant yarım açı dönüşümü

t=tanx2 yazılırsa sinüs ve kosinüs yalnızca t cinsinden ifade edilebilir. Bu dönüşüm, farklı oranları içeren ifadeleri tek bir değişkene indirmenin güçlü bir yoludur:

Orant=tanx2 ile
sinx2t1+t2
cosx1−t21+t2
tanx2t1−t2
Örnek

tanx2=2 olsun.

sinx ve cosx değerlerini bulalım.

sinx=2·21+4=45.

cosx=1−41+4=−35 olur; kareleri toplamı 1 dir.

Üç kat açı formülleri

Üç kat açı, iki kat açı ile açının kendisinin toplamı olarak yazılır. Toplam formülü ve iki kat açı formülleri birlikte uygulanınca sonuç tek bir oran cinsinden elde edilir:

FormülAçılımı
sin3x3sinx−4sin3x
cos3x4cos3x−3cosx
Örnek

x=60∘ için kosinüsün üç kat formülünü kontrol edelim.

İki tarafı ayrı ayrı hesaplayalım.

Sol taraf: cos180∘=−1.

Sağ taraf: 4·18−3·12=12−32=−1. İki taraf eşittir.

Sadeleştirme

İki kat açı içeren kesirler, pay ve payda aynı açıya indirilince çoğu zaman tek bir orana sadeleşir. Paydada 1+cos2x ya da 1−cos2x görülüyorsa kosinüsün uygun biçimi seçilir; böylece sabit 1 yok olur.

Örnek

1−cos2xsin2x ifadesi verilsin.

İfadeyi sadeleştirelim.

Pay 1−(1−2sin2x)=2sin2x, payda 2sinxcosx olur.

Sadeleşince sinxcosx=tanx kalır.

Aynı yolla sin2x1+cos2x ifadesinin de tanx e eşit olduğu gösterilir. Bu iki kesir, tanjantın yarım açı formülünün x yerine 2x yazılmış hâlidir.

Kotanjant ile tanjantın farkı

İki kat açı formüllerinin kesirli ifadelerdeki bir başka kullanımı, cotx−tanx farkıdır. Fark sinüs ve kosinüs cinsinden yazılıp paydalar eşitlenince pay cos2x, payda ise sin2x2 olur. Sonuçta cotx−tanx=2cot2x özdeşliği elde edilir.

Örnek

cot15∘−tan15∘ ifadesi verilsin.

İfadenin değerini bulalım.

Özdeşlikle ifade 2cot30∘ olur.

23 bulunur; cot15∘=2+3 ve tan15∘=2−3 değerleriyle de aynı sonuç çıkar.

Özdeşlik ispatı

İki kat açılı özdeşliklerde genellikle karmaşık taraf açılır ve temel özdeşlikle sadeleştirilir. Kare açılımlarında ortaya çıkan 2sinxcosx terimi sin2x olarak tanınmalıdır.

Örnek

(sinx+cosx)2=1+sin2x eşitliği verilsin.

Eşitliğin özdeşlik olduğunu gösterelim.

Sol taraf açılır: sin2x+2sinxcosx+cos2x.

Kareler toplamı 1, orta terim sin2x tir; sonuç sağ tarafa eşittir.

İki kat açıyla denklem

Denklemde cos2x ile sinx birlikte görülüyorsa cos2x için 1−2sin2x biçimi seçilir. Böylece denklem sinx e göre ikinci dereceden bir denkleme dönüşür.

Örnek

[0∘,360∘) aralığında cos2x+sinx=0 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

1−2sin2x+sinx=0, yani 2sin2x−sinx−1=0 ve (2sinx+1)(sinx−1)=0.

sinx=1 için x=90∘; sinx=−12 için x=210∘ ya da 330∘.

En büyük ve en küçük değer

sinxcosx çarpımı içeren ifadeler iki kat açıyla tek bir sinüse indirilir; sonra sinüsün −1 ile 1 arasında kalması kullanılır.

Örnek

y=4sinxcosx+1 fonksiyonu verilsin.

En büyük ve en küçük değeri bulalım.

4sinxcosx=2sin2x olduğundan y=2sin2x+1 olur.

−2≤2sin2x≤2 olduğundan y en az −1, en fazla 3 olur.

Uygulama: eğik atış menzili

Fizikte yerden v hızıyla ve yatayla θ açısı yapacak biçimde atılan bir cismin menzili R=v2sin2θg formülüyle bulunur. Formüldeki sin2θ, iki kat açı formülünün 2sinθcosθ çarpımından gelir.

Örnek

v=20 metre bölü saniye ve g=10 metre bölü saniye kare alınsın.

15∘, 45∘ ve 75∘ lik atışların menzillerini karşılaştıralım.

R=40010sin2θ=40sin2θ. 15∘ için 40sin30∘=20 metre.

75∘ için 40sin150∘=20 metre; 45∘ için 40sin90∘=40 metre ile en büyük menzil elde edilir.

Tümler iki açıyla yapılan atışların aynı menzile ulaşması, sin2θ ile sin(180∘−2θ) değerlerinin eşit olmasından kaynaklanır.

Formüllerin özeti

KonuFormül
İki kat sinüssin2x=2sinxcosx
İki kat kosinüscos2x=2cos2x−1=1−2sin2x
İki kat tanjanttan2x=2tanx1−tan2x
Kuvvet azaltmasin2x=1−cos2x2
Yarım açıcosx2=±1+cosx2
Tanjant yarım açıtanx2=1−cosxsinx

Tablodaki her formül toplam formüllerinden ve temel özdeşlikten türetilebilir. Türetme yolunu bir kez kavramak, tabloyu ezberlemekten daha kalıcıdır.

Sınavda iki kat ve yarım açı

Sınavda nasıl çıkar

İleri düzeyde (AYT) bu formüller; bir orandan iki kat açının değerini bulma, kosinüsün uygun biçimini seçme, tersten kullanım kalıpları, yarım açıda işaret seçimi ve denklem çözme biçiminde karşına çıkabilir.

Kuvvet azaltma formülleri periyot ve integral sorularında da dolaylı olarak gerekir.

Soruda sinxcosx, cos2x−sin2x ya da 1−2sin2x görüyorsan ilk iş bunları iki kat açıya çevirmektir. Yarım açı sorularında ise hesaba başlamadan önce yarım açının bölgesini yaz; işaret hatası bu soruların en yaygın tuzağıdır.

Sık yapılan hatalar

HataDoğrusu
sin2x=2sinxsin2x=2sinxcosx
cos2x=2cosx−1cos2x=2cos2x−1
sinx2=sinx2Yarım açı formülü kullanılır
Yarım açıda işareti açının bölgesinden almakYarım açının bölgesinden
Kuvvet azaltmada açıyı aynı bırakmakAçı iki katına çıkar
tanx=±1 iken tan2x i hesaplamaktan2x tanımsızdır

Bir formülün doğru hatırlanıp hatırlanmadığını x=30∘ gibi bir özel açıyla denemek en güvenilir kontroldür. Örneğin 2cos230∘−1=12=cos60∘ olduğu için kosinüs biçimi doğrudur.

Hap bilgi özeti

  1. Karekökün önündeki işaret formülden gelmez.

    İşaret, yarım açının hangi bölgede olduğuna bakılarak seçilir.

Sık sorulanlar

İki kat açı formülü nedir?

sin 2x eşittir 2 sin x cos x, cos 2x eşittir cos kare x eksi sin kare x ve tan 2x eşittir 2 tan x bölü 1 eksi tan kare x tir.

cos 2x in üç biçimi nelerdir?

cos kare x eksi sin kare x, 2 cos kare x eksi 1 ve 1 eksi 2 sin kare x tir. Hangi oran biliniyorsa ona uygun biçim seçilir.

Yarım açı formülünde işaret nasıl seçilir?

Karekökün işareti, yarım açının bulunduğu bölgeye göre seçilir. Açının kendi bölgesi değil, yarısının bölgesi önemlidir.

Kuvvet azaltma formülü nedir?

sin kare x eşittir 1 eksi cos 2x bölü 2, cos kare x eşittir 1 artı cos 2x bölü 2 dir.

tan 22.5 derece kaçtır?

Tanjantın yarım açı formülüyle kök 2 eksi 1 bulunur.

Üç kat açı formülü nedir?

sin 3x eşittir 3 sin x eksi 4 sin küp x, cos 3x eşittir 4 cos küp x eksi 3 cos x tir.

Kontrol listesi

0 / 10 tamamlandı

Bunlar da ilgini çekebilir

Bu yazıyı paylaş

WhatsAppX
✕