حساب المثلثات وما قبل التفاضل والتكامل · الجيب وجيب التمام

الجيب وجيب التمام

sin θ وcos θ هما ارتفاع النقطة عند الزاوية θ على دائرة الوحدة وموضعها الأفقي. وعند رسمهما بدلالة θ، يشكّلان موجتين؛ وموجة جيب التمام هي موجة الجيب متقدمة بربع دورة.

01

الجيب وجيب التمام في هذا التصوّر

لزاوية θ\theta مقيسة بالراديان من الجزء الموجب من محور x، تكون النقطة التي تقابلها على دائرة الوحدة هي P=(cos⁡θ,sin⁡θ)P = (\cos\theta, \sin\theta): جيب التمام هو موضعها الأفقي، والجيب هو ارتفاعها. الراديان يقابل وحدة طول على دائرة الوحدة، ولذلك فإن θ هي أيضًا طول القوس المقطوع بدءًا من (1, 0)، وتتكرر الدالتان بعد دورة كاملة، أي إن دورهما يساوي 2π2\pi. تتبع هذه الصفحة دورة واحدة: 0≤θ≤2π0 \le \theta \le 2\pi.

ربع الدورة والميل
cos⁡θ=sin⁡ ⁣(θ+π2),ddθsin⁡θ=cos⁡θ\cos\theta = \sin\!\left(\theta + \tfrac{\pi}{2}\right), \qquad \frac{d}{d\theta}\sin\theta = \cos\theta

تستخدم الأجزاء الثلاثة وحدة الطول نفسها. يرسم ارتفاع P، عند نقله أفقيًا، موجة الجيب، حيث تتزايد θ نحو اليمين؛ ويرسم موضعها الأفقي، عند نقله إلى الأسفل، موجة جيب التمام المعلّقة أسفل الدائرة، حيث تتزايد θ نحو الأسفل. طول القوس الأصفر من (1, 0) إلى P هو θ، ويمتد الطول الأصفر نفسه على محوري θ: تُفرد الدورة الواحدة إلى طول يساوي 2π ≈ 6.283 من أنصاف الأقطار. يدير خيار أفقي الرسم المعلّق ربع دورة حول المركز. ينقل هذا الدوران كل نقطة من الرسم المعلّق إلى ارتفاع cos θ عند الموضع θ، وينقل P إلى Q، وهي النقطة المتقدمة بربع دورة. ارتفاع Q هو الموضع الأفقي للنقطة P، ولذلك تكون موجة جيب التمام على ارتفاع موجة الجيب بعد التقدم بمقدار π/2\pi/2: إنها موجة الجيب مزاحة بمقدار π/2\pi/2 إلى اليسار.

عندما تدور P بسرعة راديان واحد في الثانية، يكون متجه سرعتها (−sin⁡θ,cos⁡θ)(-\sin\theta, \cos\theta)، وطوله 1 واتجاهه عمودي على نصف القطر. مركبته المتجهة إلى أعلى، cos θ، هي معدل تغير الارتفاع، أي ميل موجة الجيب: يساوي 1 عند θ=0، و−1 عند θ=π، و0 عند القمم والقيعان. يترك التدوير علامة حمراء كل π/6 ثانية. تتوزع العلامات على الدائرة بالتساوي؛ أما إسقاطاتها فتتقارب قرب أعلى الدائرة وأسفلها، حيث يتغير الارتفاع ببطء.

02

ما الذي يمكنك ملاحظته؟

  • تسجل العلامات الحمراء أزمنة متساوية من الدوران. وهي ليست نقاط أخذ عينات، ولا ترتبط بشكل المنحنى إلا من خلال الدوران المنتظم.
  • وضع جيب التمام أفقيًا هو دوران صلب للرسم كله: لا يتغير المنحنى، وإنما يتغير موضعه فقط. يمتد رسم الجيب ربع دورة بعد 2π فقط لكي تظل النقطة المقابلة على الارتفاع نفسه ظاهرة لكل θ خلال الدورة.
  • عند الزوايا الخاصة (مضاعفات π/6 وπ/4)، تكون القيم دقيقة، مثل sin⁡(π/3)=3/2\sin(\pi/3) = \sqrt3/2؛ وفي غيرها تكون أعدادًا عشرية تسبقها العلامة ≈.
03

أدوات التحكم

  • اسحب P حول الدائرة، أو اسحب نقطة على إحدى الموجتين؛ فتستقر عند الزوايا الخاصة إذا اقتربت منها. يمكنك كتابة الزاوية بالراديان (π/3، أو عدد عشري مثل 1.0472 يظل عددًا عشريًا)، أو بالدرجات (60°)، ضمن المجال من 0 إلى 2π.
  • يفتح وضع العرض عرضًا بملء الشاشة لأجهزة العرض: يدير مفتاح المسافة النقطة، ويتنقل ← → بين الزوايا الخاصة، ويخفي H جميع القيم. ينسخ زر مشاركة رابطًا للمشهد الحالي، بما فيه علامات آخر تدوير.
04

موضوعات ذات صلة

للمزيد من القراءة: ويكيبيديا: Sine and cosine (الإنجليزية); OpenStax, Algebra and Trigonometry 2e, 8.1 Graphs of the Sine and Cosine Functions (الإنجليزية).