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34 min de leitura

Identidades Trigonométricas: Fórmulas e Demonstrações

Aprenda identidades trigonométricas, demonstrações pelo círculo unitário, relações pitagóricas e simplificações com 10 exercícios comentados.

O que você vai aprender

  • Demonstrar a identidade pitagórica e suas consequências
  • Usar relações de quociente, recíprocas e paridade
  • Simplificar expressões respeitando os domínios

Entenda o assunto

Aprenda identidades trigonométricas, demonstrações pelo círculo unitário, relações pitagóricas e simplificações com 10 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.

O que é uma identidade trigonométrica?

Uma identidade trigonométrica é uma igualdade verdadeira para todos os valores da variável em que ambos os lados estão definidos. Diferentemente de uma equação para resolver, seu objetivo é mostrar duas maneiras equivalentes de escrever uma expressão.

Por exemplo, sen²x+cos²x=1 vale para qualquer x real; já sen x=1/2 é uma equação verdadeira apenas para certos ângulos. A distinção entre identidade e equação evita conclusões equivocadas.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen²x + cos²x = 1

Demonstração da identidade fundamental pelo círculo

Em um círculo unitário, o ponto correspondente a um ângulo x tem coordenadas (cos x, sen x). Pela equação do círculo, a soma dos quadrados dessas coordenadas é igual ao quadrado do raio, que vale 1.

Assim, cos²x+sen²x=1 decorre diretamente do Teorema de Pitágoras. A relação funciona em todos os quadrantes, porque os comprimentos ao quadrado eliminam os sinais das coordenadas.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
cos²x + sen²x = 1²

Identidades de quociente e domínio

A tangente relaciona seno e cosseno pela divisão: tg x=sen x/cos x. A cotangente é cos x/sen x. Essas igualdades só podem ser usadas quando o denominador não é zero.

Por exemplo, tg(π/2) não existe porque cos(π/2)=0. É incorreto simplificar uma expressão e depois atribuir valores que estavam proibidos no domínio da expressão original.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
tg x = sen x / cos x (cos x ≠ 0)

Secante, cossecante e cotangente

As funções recíprocas são definidas por sec x=1/cos x, cossec x=1/sen x e cotg x=cos x/sen x. A interpretação exige atenção aos ângulos em que os denominadores se anulam.

O uso dessas relações é útil para converter expressões em seno e cosseno e reduzir a quantidade de funções diferentes. Antes de multiplicar denominadores, registre onde as expressões têm sentido.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sec x=1/cos x; cossec x=1/sen x

Por que 1+tg²x=sec²x?

Dividindo a identidade sen²x+cos²x=1 por cos²x, quando cos x não é zero, obtemos tg²x+1=1/cos²x. O último termo é sec²x por definição.

Dividindo por sen²x, nos ângulos em que sen x≠0, chegamos à identidade 1+cotg²x=cossec²x. Essas fórmulas não são independentes: nascem da mesma relação pitagórica.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
1+tg²x=sec²x (cos x≠0)

Funções pares e ímpares

O cosseno é par: cos(−x)=cos x. O seno e a tangente são ímpares nos pontos de seus domínios: sen(−x)=−sen x e tg(−x)=−tg x. Essas propriedades vêm da simetria do círculo.

Elas ajudam a simplificar valores em ângulos negativos sem uma tabela adicional. Por exemplo, sen(−30°)=−1/2 e cos(−60°)=1/2, respeitando os sinais de cada função.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen(−x)=−sen x; cos(−x)=cos x

Identidades de ângulos complementares

Quando dois ângulos somam 90°, o seno de um coincide com o cosseno do outro. A troca entre catetos oposto e adjacente de um triângulo retângulo explica a relação.

Assim sen(90°−x)=cos x e cos(90°−x)=sen x. A mesma propriedade pode ser descrita com π/2 radianos, mas não convém misturar unidades no mesmo cálculo.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen(π/2−x)=cos x

Como provar identidades sem circularidade

Uma prova costuma começar pelo lado que parece mais complicado, aplicando fatoração, denominador comum ou conversão para seno e cosseno. O objetivo é chegar ao outro lado por igualdades válidas.

Não é suficiente substituir um ângulo específico, como 30°, e obter resultados iguais: isso verifica somente um caso. Para demonstrar a identidade é necessário justificar a equivalência para todos os valores admissíveis.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
(1−cos²x)/sen²x = 1, se sen x≠0

Cuidados ao cancelar fatores

Em (sen x·cos x)/sen x, o cancelamento produz cos x somente nos ângulos em que sen x≠0. Embora a fórmula simplificada tenha valor em mais pontos, isso não amplia o domínio original.

Da mesma forma, dividir sen²x+cos²x=1 por cos²x exclui todos os ângulos nos quais cos x se anula. Informar a condição de domínio faz parte de uma solução matemática completa.

Quando usar identidades na prática

Identidades simplificam expressões de geometria, física e funções periódicas. Também permitem reescrever equações trigonométricas em termos de uma única função antes de buscar as soluções.

Para conferir um resultado, teste alguns ângulos permitidos como verificação auxiliar e examine o domínio de cada etapa. Os testes numéricos ajudam a detectar erros, mas não substituem a demonstração.

RELAÇÃO MATEMÁTICA
sen²x=1−cos²x

Passo a passo

  1. 01

    Identifique qual identidade relaciona as funções presentes na expressão.

  2. 02

    Anote os valores que deixam algum denominador igual a zero.

  3. 03

    Simplifique um lado da igualdade com álgebra e identidades já demonstradas.

  4. 04

    Confira a equivalência final sem ampliar indevidamente o domínio original.

FÓRMULA E RESUMO
sen²x + cos²x = 1

Exemplos resolvidos

Veja como aplicar o conceito a situações concretas.

EXEMPLO 1

Identidade do círculo

No ponto P=(3/5,4/5) do círculo unitário, cos²x+sen²x=9/25+16/25=1. O exemplo ilustra a fórmula geral que decorre da equação do círculo.

EXEMPLO 2

Calculando o cosseno

Se sen x=3/5 e x está no 2º quadrante, cos²x=1−9/25=16/25. Como cos x é negativo nesse quadrante, cos x=−4/5.

EXEMPLO 3

Simplificando quociente

Para cos x≠0, (sen x/cos x)·cos x=sen x. O valor cos x=0 permanece excluído porque a fração original não existe.

EXEMPLO 4

Transformação pitagórica

Em cos x≠0, (1−cos²x)/cos²x=sen²x/cos²x=tg²x. Primeiro aplicamos a identidade fundamental, depois dividimos.

EXEMPLO 5

Identidade recíproca

Se cos x=1/2, então sec x=1/(1/2)=2. A secante está definida porque o cosseno não é zero.

EXEMPLO 6

Simetria do seno

sen(−30°)=−sen(30°)=−1/2, pois o seno é ímpar; essa relação vale para qualquer ângulo.

EXEMPLO 7

Ângulos complementares

sen(60°)=cos(30°)=√3/2. Em um triângulo retângulo, os dois ângulos agudos são complementares.

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

Qual identidade vale para qualquer ângulo real x?

Alternativas da questão 1
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Resposta: A — sen²x+cos²x=1. A coordenada (cos x, sen x) pertence ao círculo unitário, cuja equação é X²+Y²=1. Por isso, a soma dos quadrados é sempre um.

QUESTÃO 02Uma alternativa correta

Se sen x=3/5 e x está no 2º quadrante, quanto vale cos x?

Alternativas da questão 2
Ver gabarito comentado

Resposta: B — −4/5. A identidade dá cos²x=1−9/25=16/25. Como x está no segundo quadrante, o cosseno é negativo, então cos x=−4/5.

QUESTÃO 03Uma alternativa correta

Qual expressão equivale a tg x quando cos x≠0?

Alternativas da questão 3
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Resposta: C — sen x/cos x. Pela definição de quociente, a tangente é seno dividido por cosseno. A exigência cos x≠0 impede divisão por zero.

QUESTÃO 04Uma alternativa correta

Quanto é sen(−30°)?

Alternativas da questão 4
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Resposta: B — −1/2. O seno é ímpar: sen(−x)=−sen x. Como sen 30°=1/2, a aplicação dessa simetria resulta em −1/2.

QUESTÃO 05Uma alternativa correta

Qual fórmula decorre de dividir a identidade fundamental por cos²x?

Alternativas da questão 5
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Resposta: A — 1+tg²x=sec²x. Quando cos x≠0, dividir todos os termos de sen²x+cos²x=1 por cos²x produz tg²x+1=sec²x.

QUESTÃO 06Uma alternativa correta

Qual é cos(−60°)?

Alternativas da questão 6
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Resposta: C — 1/2. O cosseno é uma função par: cos(−x)=cos x. Portanto cos(−60°)=cos 60°=1/2. A justificativa utiliza as relações trigonométricas e o domínio correspondente.

QUESTÃO 07Uma alternativa correta

Se cos x=1/2, quanto vale sec x?

Alternativas da questão 7
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Resposta: C — 2. A secante é o inverso do cosseno quando este é diferente de zero. Logo sec x=1/(1/2)=2.

QUESTÃO 08Uma alternativa correta

Para sen x≠0, quanto vale (1−cos²x)/sen²x?

Alternativas da questão 8
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Resposta: B — 1. Pela identidade pitagórica, 1−cos²x=sen²x. Como sen x≠0, dividir sen²x por si mesmo resulta em 1.

QUESTÃO 09Uma alternativa correta

Qual fórmula de ângulos complementares é verdadeira?

Alternativas da questão 9
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Resposta: A — sen(90°−x)=cos x. O seno de um ângulo agudo corresponde ao cosseno do ângulo complementar no mesmo triângulo retângulo. Essa relação se estende por identidades.

QUESTÃO 10Uma alternativa correta

Em qual caso a expressão sen x/cos x não está definida?

Alternativas da questão 10
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Resposta: C — x=90°. Em 90° o cosseno é zero, de modo que o denominador da fração sen x/cos x é zero. Divisão por zero não é definida.

Perguntas frequentes: Identidades Trigonométricas

Identidade e equação são a mesma coisa?

Não. Identidade é verdadeira para todos os valores admitidos no domínio; equação comum pode valer apenas para algumas soluções.

Posso provar uma identidade testando somente 30°?

Não. Um valor isolado pode ajudar na conferência, mas não prova a igualdade para todos os argumentos do domínio.

Por que sen²x+cos²x=1?

As coordenadas de um ponto do círculo de raio 1 obedecem ao Teorema de Pitágoras, o que produz essa soma.

A tangente existe em qualquer ângulo?

Não. A tangente é sen x dividido por cos x, portanto não existe quando cos x é zero.

Por que precisamos conferir o quadrante?

Ao extrair a raiz de cos²x ou sen²x, a identidade fornece o módulo. O quadrante determina se o valor é positivo ou negativo.

Uma simplificação pode mudar o domínio?

A nova expressão pode ter domínio aparentemente maior, mas uma igualdade com a expressão original mantém as exclusões anteriores.

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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