Trigonometri

Trigonometrik Denklemler Nasıl Çözülür?

AYT10 dakikalık okuma

Trigonometrik denklemler: ahşap çember üzerinde aynı yüksekliğe ulaşan iki dönen kolu ışıklı işaretlerle gösteren iki öğrenci

Trigonometrik denklemlerde bilinmeyen bir açıdır ve çözüm, verilen trigonometrik değeri üreten açıları bulmaktır. Periyodiklik yüzünden bu denklemlerin genellikle sonsuz çözümü vardır. Bu yazıda sinüs, kosinüs, tanjant ve kotanjant denklemlerinin genel çözümünü, özel değerleri, belirli bir aralıktaki çözümleri, katlı ve ötelenmiş açıları, iki tarafında aynı fonksiyon bulunan denklemleri, ikinci dereceden ve homojen denklemleri, özdeşlikle tek fonksiyona indirmeyi, kök kaybı ve fazladan kök tuzaklarını ve gerçek hayattan bir uygulamayı çözümlü örneklerle ele alıyoruz.


Trigonometrik denklem nedir?

Önce şunları bil

Bu yazıyı daha rahat anlamak için birim çemberi, özel açıların değerlerini ve temel özdeşlikleri biliyor olman yeterli.

Temel bilgiler için Birim Çember Konu Anlatımı ve Trigonometrik Özdeşlikler ve Formüller yazılarına göz at.

Bilinmeyeni bir trigonometrik fonksiyonun içinde bulunan denklemlere trigonometrik denklem denir. sinx=12, 2cos2x−1=0 ya da tan2x=1 birer trigonometrik denklemdir. Bu denklemleri çözmek, eşitliği sağlayan tüm açıları bulmak demektir.

Kapaktaki çemberde iki kol farklı yönlerden dönüyor ama ikisinin ucu da aynı yüksekliğe ulaşıyor. Trigonometrik denklemlerin temel fikri budur: aynı sinüs değerini veren birden fazla açı vardır ve çözüm, bunların hepsini bulmayı gerektirir.

Neden sonsuz çözüm var?

Sinüs ve kosinüs 2π periyotlu, tanjant ve kotanjant ise π periyotlu fonksiyonlardır. Bir açı denklemi sağlıyorsa ona bir periyot eklenerek ya da çıkarılarak elde edilen her açı da denklemi sağlar. Bu yüzden bir çözüm bulunduğunda aslında sonsuz çözüm bulunmuş olur.

xyπ/2π3π/22π-110
y = sin x ile y = 1/2 doğrusunun kesişimi

Grafikte sinüs dalgası y=12 doğrusunu bir periyotta iki kez kesiyor. Dalga sonsuza kadar tekrar ettiği için kesişimler de her 2π de bir tekrar eder. Çözümler bu yüzden genel çözüm denen bir kalıpla ya da istenen aralıkla sınırlandırılarak yazılır.

Sinüs denkleminin genel çözümü

sinx=a denkleminde −1≤a≤1 ise, sinüsü a olan bir α açısı bulunur. Sinüs birinci ve ikinci bölgede aynı değeri aldığı için ikinci çözüm π−α dır. Genel çözüm, k bir tam sayı olmak üzere şöyle yazılır:

x=α+2kπ

ya da

x=π−α+2kπ

Örnek

sinx=22 denklemi verilsin.

Genel çözümü yazalım.

Sinüsü 22 olan açılardan biri α=π4 dir.

Genel çözüm x=π4+2kπ ya da x=3π4+2kπ olur.

Kosinüs denkleminin genel çözümü

cosx=a denkleminde kosinüsü a olan açı α ise ikinci çözüm −α dır; çünkü kosinüs dikey eksene göre simetrik bir fonksiyondur. Birim çemberde bu iki açı yatay eksene göre birbirinin yansımasıdır:

x=±α+2kπ

Örnek

cosx=12 denklemi verilsin.

Genel çözümü yazalım.

Kosinüsü 12 olan açılardan biri α=π3 dir.

Genel çözüm x=±π3+2kπ olur; [0,2π) aralığında bu π3 ve 5π3 açılarıdır.

Tanjant ve kotanjant denklemleri

Tanjant ve kotanjant her gerçek değeri alır ve periyotları π dir. Bu yüzden tanx=a ve cotx=a denklemlerinin her gerçek a için çözümü vardır ve genel çözüm tek bir kalıpla yazılır:

x=α+kπ

Örnek

tanx=3 ve cotx=−1 denklemleri verilsin.

Genel çözümleri yazalım.

tanπ3=3 olduğundan birincinin çözümü x=π3+kπ olur.

cot3π4=−1 olduğundan ikincinin çözümü x=3π4+kπ olur.

Özel değerler

Sağ taraf 0, 1 ya da −1 olduğunda çözümler birim çemberin eksenlerle kesiştiği noktalardadır. Bu durumlarda iki ayrı kalıp tek bir kalıba iner ve ezberlemek zaman kazandırır:

DenklemGenel çözüm
sinx=0x=kπ
sinx=1x=π2+2kπ
sinx=−1x=3π2+2kπ
cosx=0x=π2+kπ
cosx=1x=2kπ
cosx=−1x=π+2kπ

Çözümü olmayan denklemler

Sinüs ve kosinüs yalnızca −1 ile 1 arasındaki değerleri alır. Sağ tarafı bu aralığın dışında kalan bir sinüs ya da kosinüs denkleminin çözümü yoktur. Bu kontrol, bir denklemi çözmeye başlamadan önce yapılmalıdır.

Örnek

2sinx=3 ve cosx+3=1 denklemleri verilsin.

Çözümleri inceleyelim.

Birinci denklem sinx=32 olur; 32>1 olduğundan çözüm yoktur.

İkinci denklem cosx=−2 olur; −2<−1 olduğundan bunun da çözümü yoktur.

Aralıkta çözüm

Sorular çoğu zaman genel çözüm yerine belirli bir aralıktaki çözümleri ister. Önce birinci bölgedeki referans açı bulunur, sonra sağ tarafın işaretine göre hangi bölgelerde çözüm olduğu belirlenir.

Örnek

[0,2π) aralığında sinx=−12 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

Referans açı π6 dir. Sinüs negatif olduğundan çözümler üçüncü ve dördüncü bölgededir.

x=π+π6=7π6 ve x=2π−π6=11π6 olur.

Örnek

[0,2π) aralığında cosx=−32 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

Referans açı π6 dir. Kosinüs negatif olduğundan çözümler ikinci ve üçüncü bölgededir.

x=5π6 ve x=7π6 olur.

Katlı açılar

Fonksiyonun içinde 2x ya da 3x gibi katlı bir açı varsa önce bu açı için genel çözüm yazılır, sonra x e geçilir. Aralık istendiğinde katlı açının aralığı da aynı oranda genişler; bu yüzden katlı açılarda daha fazla çözüm çıkar.

Örnek

[0,2π) aralığında sin2x=32 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

0≤2x<4π aralığında 2x=π3,2π3,7π3,8π3 olur.

İkiye bölünce x=π6,π3,7π6,4π3 bulunur.

Dikkat

Katlı açıda yalnızca ilk turdaki çözümleri alıp ikiye bölmek.

Örnekte yalnızca 2x=π3 ve 2π3 alınsaydı iki çözüm kaybolurdu. x aralığı [0,2π) ise 2x aralığı [0,4π) dir ve iki tam tur taranmalıdır.

Ötelenmiş açılar

Fonksiyonun içinde x−π6 gibi ötelenmiş bir açı varsa, bu ifade tek bir açı gibi düşünülür. Önce onun için çözüm yazılır, sonra öteleme miktarı eklenir ya da çıkarılır.

Örnek

[0,2π) aralığında cos(x−π6)=0 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

x−π6=π2+kπ, yani x=2π3+kπ.

Aralıktaki çözümler 2π3 ve 5π3 olur.

İki tarafta aynı fonksiyon

sinA=sinB biçimindeki bir denklemde iki açının sinüsleri eşittir. Bu, açıların ya eşit ya da bütünler olmasıyla mümkündür; periyot eklenerek iki kalıp elde edilir:

A=B+2kπ

ya da

A=π−B+2kπ

Örnek

[0,π) aralığında sin3x=sinx denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

Birinci kalıp: 3x=x+2kπ, yani x=kπ; aralıkta x=0. İkinci kalıp: 3x=π−x+2kπ, yani x=π4+kπ2.

Aralıktaki çözümler 0, π4 ve 3π4 olur.

Kosinüs ve tanjantta eşitlik

cosA=cosB denkleminde açılar ya eşit ya da ters işaretlidir: A=±B+2kπ. tanA=tanB denkleminde ise tanjantın periyodu π olduğu için tek kalıp yeterlidir: A=B+kπ.

Örnek

[0,π] aralığında cos3x=cosx denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

3x=x+2kπ kalıbından x=kπ, yani 0 ve π; 3x=−x+2kπ kalıbından x=kπ2, yani 0, π2 ve π.

Ortak olanlar bir kez yazılır: çözümler 0, π2 ve π olur.

İkinci dereceden denklemler

Denklemde aynı trigonometrik fonksiyonun hem karesi hem kendisi varsa, o fonksiyon yeni bir değişken gibi düşünülür. Böylece denklem ikinci dereceden bir denkleme dönüşür; bulunan her kök ayrı bir temel denklem verir.

Örnek

[0,2π) aralığında 2sin2x−3sinx+1=0 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

sinx=t yazılırsa 2t2−3t+1=0, yani (2t−1)(t−1)=0 olur.

sinx=12 için π6 ve 5π6; sinx=1 için π2 bulunur.

Yardımcı değişkenin köklerinden biri −1 ile 1 aralığının dışında çıkarsa o kök atılır; çünkü sinüs ya da kosinüs o değeri alamaz.

Özdeşlikle tek fonksiyona indirmek

Denklemde iki farklı fonksiyon varsa temel özdeşlikle biri diğerine çevrilir. cos2x görüldüğünde 1−sin2x yazmak, denklemi yalnızca sinüs içeren ikinci dereceden bir denkleme dönüştürür.

Örnek

[0,2π) aralığında 2cos2x−sinx−1=0 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

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

sinx=12 için π6 ve 5π6; sinx=−1 için 3π2 bulunur.

İki kat açı içeren denklemlerde de aynı fikir uygulanır: önce iki kat açı formülüyle tek açıya, sonra temel özdeşlikle tek fonksiyona inilir. Ayrıntılı örnekler için İki Kat Açı ve Yarım Açı Formülleri yazısına bakabilirsin.

Çarpanlara ayırma

Denklemin her teriminde ortak bir çarpan varsa o çarpan paranteze alınır. Çarpımın sıfır olması için çarpanlardan en az biri sıfır olmalıdır; her çarpan ayrı bir denklem olarak çözülür.

Örnek

[0,2π) aralığında tanxsinx=sinx denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

sinx(tanx−1)=0 olur. sinx=0 için x=0 ya da π.

tanx=1 için x=π4 ya da 5π4. Dört çözümde de kosinüs sıfırdan farklıdır, yani tanjant tanımlıdır.

Homojen denklemler

Her terimi sinüs ve kosinüs bakımından aynı dereceden olan denklemlere homojen denklem denir. Bu denklemlerde iki taraf uygun bir kosinüs kuvvetine bölünerek yalnızca tanjant içeren bir denklem elde edilir. Bölmeden önce kosinüsün sıfır olduğu değerlerin çözüm olup olmadığı kontrol edilmelidir.

Örnek

[0,2π) aralığında sin2x=3cos2x denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

cosx=0 iken sol taraf 1, sağ taraf 0 olur; bu değerler çözüm değildir. İki taraf cos2x e bölünür: tan2x=3.

tanx=±3 olduğundan çözümler π3, 2π3, 4π3 ve 5π3 olur.

Sinüs ve kosinüsün toplamı

asinx+bcosx=c biçimindeki denklemlerde sol taraf toplam formülüyle tek bir sinüse çevrilir. Böylece iki fonksiyon içeren denklem tek bir temel denkleme iner.

Örnek

[0,2π) aralığında sinx+cosx=1 denklemi verilsin.

Çözümleri bulalım.

Sol taraf 2sin(x+π4) olur; denklem sin(x+π4)=22 biçimine iner.

x+π4=π4 ya da 3π4 olduğundan çözümler 0 ve π2 olur.

Dönüşümün ayrıntısı için Trigonometrik Toplam ve Fark Formülleri yazısına bakabilirsin.

Kare almak fazladan kök üretir

Aynı denklem iki tarafın karesi alınarak da çözülebilir gibi görünür. Ancak kare almak, işareti farklı olan çözümleri de denkleme katar. Bu yüzden kare alınarak bulunan her çözüm asıl denklemde denenmelidir.

Örnek

sinx+cosx=1 denkleminin iki tarafının karesi alınsın.

Bulunan çözümleri asıl denklemde deneyelim.

Kare alınınca 1+2sinxcosx=1, yani sin2x=0 olur ve [0,2π) aralığında 0, π2, π ve 3π2 bulunur.

x=π için sol taraf 0+(−1)=−1, x=3π2 için −1+0=−1 olur. Bu iki değer fazladan köktür; gerçek çözümler yalnızca 0 ve π2 dir.

Bölmek kök kaybettirir

Bilinmeyen içeren bir ifadeye bölmek, o ifadeyi sıfır yapan çözümleri siler. Bu hata trigonometrik denklemlerde çok sık yapılır; ortak çarpan her zaman bölmek yerine paranteze alınmalıdır.

Dikkat

tanxsinx=sinx denkleminde iki tarafı sinx e bölmek.

Bölme yapılsaydı tanx=1 kalır ve yalnızca π4 ile 5π4 bulunurdu. sinx=0 yapan 0 ve π çözümleri kaybolurdu.

Tersine, denklemin tanım kümesi de kontrol edilmelidir. Paydada kosinüs olan bir denklemde bulunan kök kosinüsü sıfır yapıyorsa çözüm değildir. Örneğin 1−sinxcosx=0 denkleminde pay x=π2 için sıfır olur, ama bu değerde payda da sıfırdır; denklemin çözümü yoktur.

Eşitsizlikler

Trigonometrik eşitsizlik çözerken önce eşitlik durumu çözülür, sonra birim çemberde ya da grafikte hangi yayların eşitsizliği sağladığına bakılır. Sınır noktalarının dahil olup olmadığı eşitsizliğin türüne bağlıdır.

Örnek

[0,2π) aralığında cosx<12 eşitsizliği verilsin.

Çözüm kümesini bulalım.

Eşitlik x=π3 ve x=5π3 için sağlanır. Kosinüs bu iki açı arasında 12 den küçüktür.

Çözüm kümesi (π3,5π3) aralığıdır.

Çözüm sayısı

Yalnızca çözüm sayısı soruluyorsa periyot sayısı kullanılır. sin(bx)=a denkleminde −1<a<1 ise her periyotta iki çözüm vardır; aralıktaki periyot sayısı ikiyle çarpılır.

Örnek

[0,2π) aralığında sin3x=12 denklemi verilsin.

Çözüm sayısını bulalım.

sin3x in periyodu 2π3 olduğundan aralık üç tam periyot içerir.

Her periyotta iki çözüm vardır; toplam altı çözüm bulunur.

Uygulama: dönme dolap

Periyodik hareketler trigonometrik denklemlerle modellenir. Bir dönme dolabın kabini bir turu 30 saniyede tamamlasın ve kabinin yerden yüksekliği metre cinsinden h(t)=10−8cos(πt15) ile verilsin. Kabin en alçakta 2, en yüksekte 18 metreye çıkar.

Örnek

İlk tur içinde, yani 0≤t<30 aralığında kabinin 14 metre yükseklikte olduğu anlar istensin.

Denklemi çözelim.

10−8cos(πt15)=14 olduğundan cos(πt15)=−12.

πt15=2π3 ya da 4π3 olduğundan t=10 ve t=20 saniye bulunur; kabin bu yüksekliğe bir kez çıkarken bir kez inerken ulaşır.

Aynı hesap sonraki turlarda da geçerlidir: periyot 30 saniye olduğundan kabin 40 ve 50 saniyelerde, sonra her turda yine iki kez bu yüksekliğe ulaşır. Modeldeki periyot, denklemin genel çözümündeki tekrar aralığıyla aynıdır.

Sınavda trigonometrik denklemler

Sınavda nasıl çıkar

İleri düzeyde (AYT) trigonometrik denklemler; belirli aralıktaki çözümler, çözümlerin toplamı ya da sayısı, katlı açılar ve ikinci dereceden denklemler biçiminde karşına çıkabilir.

Özdeşliklerle sadeleştirme gerektiren denklemler de sık sorulur.

Çözüme başlamadan önce üç soruyu sor: sağ taraf sinüs ya da kosinüsün alabileceği aralıkta mı, denklemde kaç farklı fonksiyon ve açı var, istenen aralık katlı açı için nasıl genişliyor? Bu üç soru, yöntemi seçmeyi ve kök kaybetmemeyi sağlar.

Sık yapılan hatalar

HataDoğrusu
sinx=a için yalnızca α yı yazmakπ−α çözümü de var
Tanjantta periyodu 2π almakTanjantın periyodu π
Katlı açıda aralığı genişletmemek2x için aralık iki katına çıkar
Ortak çarpana bölmekParanteze alınır
Kare alıp kökleri denememekFazladan kökler elenir
sinx=2 için çözüm aramakÇözüm yoktur

Bulduğun her çözümü asıl denkleme yerleştirerek kontrol etmek, hem fazladan kökleri hem de hesap hatalarını yakalar. Özel açılarda bu kontrol birkaç saniye sürer.

Sık sorulanlar

Trigonometrik denklem nedir?

Bilinmeyenin bir trigonometrik fonksiyonun içinde bulunduğu denklemdir. Örneğin sin x eşittir 1 bölü 2 bir trigonometrik denklemdir.

sin x eşittir a denkleminin genel çözümü nedir?

Sinüsü a olan açı alfa ise çözümler alfa artı 2 k pi ve pi eksi alfa artı 2 k pi dir.

cos x eşittir a denkleminin genel çözümü nedir?

Kosinüsü a olan açı alfa ise çözümler artı eksi alfa artı 2 k pi dir.

Tanjant denkleminin genel çözümü nasıl yazılır?

Tanjantı a olan açı alfa ise çözümler alfa artı k pi dir; tanjantın periyodu pi olduğu için tek kalıp yeterlidir.

Trigonometrik denklemde neden kök kaybedilir?

Bilinmeyen içeren bir ifadeye bölündüğünde o ifadeyi sıfır yapan çözümler kaybolur. Ortak çarpan paranteze alınmalıdır.

Katlı açıda aralık nasıl değişir?

x için aralık 0 ile 2 pi ise 2x için aralık 0 ile 4 pi olur. Katlı açının aralığı aynı katla genişletilir.

Kontrol listesi

0 / 10 tamamlandı

Bunlar da ilgini çekebilir

Bu yazıyı paylaş

WhatsAppX
✕