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Fórmulas de Adição e Subtração de Arcos

Entenda as fórmulas de seno, cosseno e tangente da soma e da diferença de ângulos, com demonstrações e exercícios comentados.

O que você vai aprender

  • Demonstrar as fórmulas pelo círculo unitário e rotações
  • Encontrar valores exatos de ângulos como 15° e 75°
  • Aplicar fórmulas de tangente com as condições de domínio

Entenda o assunto

Entenda as fórmulas de seno, cosseno e tangente da soma e da diferença de ângulos, com demonstrações e exercícios comentados.

Nesta aula, cada fórmula é explicada com suas condições de uso, demonstrações e exemplos. O gabarito completo pode ser lido no HTML da própria página, mesmo sem JavaScript.

Por que sen(a+b) não é sen a + sen b?

Uma função trigonométrica transforma o ângulo em uma coordenada de um ponto no círculo unitário. A coordenada do ângulo resultante de uma rotação composta não é, em geral, a soma simples das coordenadas.

Por exemplo, sen(30°+60°)=sen 90°=1, enquanto sen 30°+sen 60°=1/2+√3/2, que é maior que 1. Precisamos das fórmulas de composição de ângulos.

Demonstração geométrica pela rotação

No círculo unitário, a distância entre dois pontos depende apenas da diferença angular. Essa invariância por rotação permite comparar as distâncias e demonstrar cos(a−b)=cos a cos b+sen a sen b.

Usando a paridade do cosseno e do seno, a fórmula para cos(a+b) surge ao substituir b por −b. A expressão do seno pode ser obtida por cofunções ou pela composição de rotações.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
cos(a−b)=cos a cos b+sen a sen b

Fórmula do cosseno da soma

O cosseno de uma soma é o produto dos cossenos menos o produto dos senos dos ângulos envolvidos. O sinal negativo diferencia a soma da subtração.

Quando a=60° e b=30°, cos(a+b)=1/2·√3/2−√3/2·1/2=0. Isso coincide com cos 90° e mostra um teste concreto da regra.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
cos(a+b)=cos a cos b−sen a sen b

Fórmula do cosseno da diferença

Na diferença de ângulos, o termo com os senos entra com sinal positivo. Isso ocorre porque sen(−b)=−sen b, e a fórmula da soma transforma a subtração em adição.

Por exemplo, cos(60°−30°)=cos60° cos30°+sen60° sen30°=√3/4+√3/4=√3/2. A equivalência pode ser confirmada com valores conhecidos e a fórmula geral.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
cos(a−b)=cos a cos b+sen a sen b

Fórmula do seno da soma

O seno de a+b corresponde a sen a cos b+cos a sen b. Há dois produtos mistos, e a fórmula não contém produto de dois senos nem de dois cossenos isoladamente.

Esse resultado pode ser demonstrado tomando sen(a+b)=cos(90°−a−b) e usando as fórmulas do cosseno. É útil para obter valores exatos de ângulos como 75°.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen(a+b)=sen a cos b+cos a sen b

Fórmula do seno da diferença

O seno de a−b pode ser calculado com o primeiro produto misto menos o segundo: sen a cos b−cos a sen b. O sinal precisa acompanhar a ordem dos ângulos.

Para 60°−30°, a fórmula fornece √3/2·√3/2−1/2·1/2=3/4−1/4=1/2, confirmando sen 30°.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen(a−b)=sen a cos b−cos a sen b

Fórmulas da tangente e restrições

Dividindo as identidades do seno pelas do cosseno, obtemos tg(a+b)=(tg a+tg b)/(1−tg a tg b) e tg(a−b)=(tg a−tg b)/(1+tg a tg b), quando esses quocientes fazem sentido.

A fórmula escrita com tangentes exige que tg a e tg b existam, além do denominador indicado ser diferente de zero. Mesmo que tg(a±b) exista, essa forma pode não ser aplicável.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
tg(a+b)=(tg a+tg b)/(1−tg a tg b)

Valores exatos de 15° e 75°

Os ângulos 15° e 75° podem ser decompostos usando 45° e 30°. Com isso, as fórmulas de soma e diferença geram respostas exatas com raízes quadradas.

Por exemplo, sen75°=sen(45°+30°)=(√2/2)(√3/2)+(√2/2)(1/2)=(√6+√2)/4. A equivalência pode ser confirmada com valores conhecidos e a fórmula geral.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen75°=(√6+√2)/4

Rotação de vetores e coordenadas

As fórmulas de adição descrevem como as coordenadas de um vetor se transformam após uma rotação. Se o vetor unitário inicial faz ângulo a e o giramos por b, as coordenadas finais são (cos(a+b), sen(a+b)).

A matriz de rotação tem entradas cos b, −sen b, sen b e cos b. Multiplicá-la por (cos a, sen a) recupera as fórmulas e conecta Trigonometria à Álgebra Linear.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
R(b)·(cos a,sen a)=(cos(a+b),sen(a+b))

Como evitar erros de sinal e unidade

Os sinais mudam conforme a função e conforme se trata de soma ou diferença. Escrever as duas linhas completas antes de substituir os valores evita uma troca acidental de sinais.

Todos os ângulos precisam estar na mesma unidade, graus ou radianos. Uma checagem rápida com 90°, 0° ou outros ângulos conhecidos ajuda, mas não substitui a dedução da fórmula.

Passo a passo

  1. 01

    Decida se a operação é soma ou subtração e qual função deve calcular.

  2. 02

    Escreva a fórmula completa antes de substituir os dois ângulos.

  3. 03

    Use valores notáveis coerentes com as unidades de medida.

  4. 04

    Simplifique e confirme os sinais, observando as restrições da tangente.

FÓRMULA E RESUMO
sen(a±b)=sen a cos b ± cos a sen b

Exemplos resolvidos

Veja como aplicar o conceito a situações concretas.

EXEMPLO 1

Seno de 75°

sen75°=sen(45°+30°)=sen45° cos30°+cos45° sen30°=(√6+√2)/4.

EXEMPLO 2

Seno de 15°

sen15°=sen(45°−30°)=sen45°cos30°−cos45°sen30°=(√6−√2)/4.

EXEMPLO 3

Cosseno de 75°

cos75°=cos(45°+30°)=cos45°cos30°−sen45°sen30°=(√6−√2)/4.

EXEMPLO 4

Cosseno de 15°

cos15°=cos(45°−30°)=cos45°cos30°+sen45°sen30°=(√6+√2)/4.

EXEMPLO 5

Tangente de 75°

tg75°=tg(45°+30°)=(1+1/√3)/(1−1/√3)=2+√3. O denominador é não nulo.

EXEMPLO 6

Seno de 90° como soma

sen(30°+60°)=(1/2)(1/2)+(√3/2)(√3/2)=1/4+3/4=1.

EXEMPLO 7

Cosseno de diferença

cos(60°−30°)=(1/2)(√3/2)+(√3/2)(1/2)=√3/2.

O que vale lembrar

AGORA É COM VOCÊ

Hora de praticar

Escolha uma resposta para cada questão e confira a explicação.

QUESTÃO 01Uma alternativa correta

Quanto vale sen(30°+60°)?

Alternativas da questão 1
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Resposta: C — 1. Pela adição de arcos, sen30°cos60°+cos30°sen60°=1/4+3/4=1. O resultado coincide com sen90°.

QUESTÃO 02Uma alternativa correta

Qual fórmula representa cos(a+b)?

Alternativas da questão 2
Ver gabarito comentado

Resposta: B — cos a cos b−sen a sen b. A fórmula do cosseno da soma combina o produto dos cossenos e subtrai o produto dos senos. Esse sinal diferencia a soma da diferença.

QUESTÃO 03Uma alternativa correta

Quanto vale sen(60°−30°)?

Alternativas da questão 3
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Resposta: A — 1/2. Usamos sen(a−b)=sen a cos b−cos a sen b. Para 60° e 30° a diferença é 3/4−1/4=1/2.

QUESTÃO 04Uma alternativa correta

Qual é o valor exato de sen75°?

Alternativas da questão 4
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Resposta: B — (√6+√2)/4. Decompomos 75°=45°+30°. Aplicando a soma de senos e usando os valores notáveis, obtemos √6/4+√2/4.

QUESTÃO 05Uma alternativa correta

Qual é o valor exato de cos75°?

Alternativas da questão 5
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Resposta: A — (√6−√2)/4. Pela fórmula cos(45°+30°), calculamos √6/4−√2/4. O sinal de menos vem da identidade de soma do cosseno.

QUESTÃO 06Uma alternativa correta

Quanto é cos(60°−30°)?

Alternativas da questão 6
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Resposta: C — √3/2. A diferença é de 30°. Pela identidade, cos60°cos30°+sen60°sen30°=√3/4+√3/4=√3/2.

QUESTÃO 07Uma alternativa correta

Qual é o valor de tg(45°+30°)?

Alternativas da questão 7
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Resposta: B — 2+√3. Substituindo tg45°=1 e tg30°=1/√3 na fórmula da soma, resulta (√3+1)/(√3−1)=2+√3.

QUESTÃO 08Uma alternativa correta

Qual fórmula representa sen(a−b)?

Alternativas da questão 8
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Resposta: A — sen a cos b−cos a sen b. A fórmula do seno da diferença é formada pelos produtos mistos, subtraindo o segundo. Não equivale a subtrair senos isoladamente.

QUESTÃO 09Uma alternativa correta

Para quais ângulos tg(a+b) fica indefinida?

Alternativas da questão 9
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Resposta: A — Quando cos(a+b)=0. Por definição, tg(a+b)=sen(a+b)/cos(a+b). Essa razão não existe quando o cosseno do ângulo resultante é zero.

QUESTÃO 10Uma alternativa correta

Qual é o valor de cos(45°+45°)?

Alternativas da questão 10
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Resposta: C — 0. A soma dos ângulos é 90°. Pela fórmula, cos45°cos45°−sen45°sen45°=1/2−1/2=0.

Perguntas frequentes: Fórmulas de Adição e Subtração de Arcos

O seno de uma soma é a soma dos senos?

Não. A fórmula correta envolve produtos mistos de seno e cosseno dos dois ângulos.

Qual o sinal do termo com senos no cosseno da soma?

É negativo: cos(a+b)=cos a cos b−sen a sen b. Na diferença, o termo entra com sinal positivo.

Posso usar as fórmulas em radianos?

Sim. Elas valem para ângulos expressos na mesma unidade; radianos e graus representam as mesmas rotações com escalas diferentes.

Por que a fórmula da tangente às vezes falha?

Ela é uma fração e exige que as tangentes componentes existam e que seu denominador seja diferente de zero.

Como calcular sen 75° sem calculadora?

Escreva 75°=45°+30° e aplique a fórmula da adição usando os valores conhecidos dos dois ângulos.

As fórmulas têm relação com matrizes de rotação?

Sim. Ao multiplicar a matriz de rotação pelos componentes de um vetor, surgem as fórmulas para seno e cosseno da soma.

Fontes e referências

Estas fontes ajudam a aprofundar os conceitos apresentados nesta aula. As explicações e os exemplos do UNVRST foram redigidos de forma independente.

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