Формулы приведения тангенса и котангенса

Формулы приведения позволяют выразить тригонометрическую функцию от угла вида через функцию самого угла . Для синуса и косинуса это хорошо известно, а вот с тангенсом и котангенсом у студентов возникают типичные ошибки: забывают про смену функции или путают знак. Ниже разберём два правила, которые полностью описывают все случаи, и сразу применим их в интерактивном калькуляторе.
Два правила, которые надо знать наизусть
Всё поведение формул приведения для и определяется двумя независимыми вопросами.
Правило 1: меняется ли функция?
Если сдвиг кратен нечётному числу прямых углов (то есть ), функция меняется: превращается в и наоборот. Если сдвиг кратен чётному числу прямых углов (), функция остаётся той же.
Мнемоника: «нечётный - меняет, чётный - не меняет». Это же правило работает для , только там нечётный сдвиг меняет .
Правило 2: каков знак?
Знак результата совпадает со знаком исходной функции в том четверти единичной окружности, в которой оказывается угол при остром . Считайте угол как обычно: положителен в I и III четвертях, отрицателен во II и IV; - так же.
Полная таблица формул для тангенса
Запишем все восемь случаев через острый угол :
Два столбца сразу показывают паттерн: знаки чередуются в зависимости от того, попадает ли результирующий угол в «положительную» или «отрицательную» четверть.
Полная таблица для котангенса
Для котангенса картина симметрична: функция меняется там же (при нечётных сдвигах), знак определяется аналогично.
Обратите внимание: - это хорошо известное соотношение «тангенс и котангенс дополнительных углов». Формулы приведения просто обобщают его на все четверти.

Вывод формул: почему это так работает
Рассмотрим вывод для двух показательных случаев.
Случай .
По определению . Применим формулы приведения для синуса и косинуса:
Тогда:
Функция сменилась (был , стал ), знак отрицательный - угол при остром лежит во второй четверти, где тангенс отрицателен.
Случай .
Минусы сократились, функция осталась прежней. Именно поэтому тангенс имеет период : при всех допустимых .
Аналогичный вывод для котангенса: , и при подстановке формул для получаются соответствующие соотношения из таблицы выше.
Период тангенса и котангенса
Формулы приведения напрямую связаны с периодичностью. Из строк таблицы с видно, что:
Но и из строк с :
Это означает, что период тангенса и котангенса равен (или в радианах), а не . Это отличает их от синуса и косинуса, у которых период . На графике это видно как симметрия кривой: каждые узор повторяется.
Применение в задачах на упрощение
Формулы приведения используют в двух типах задач.
Тип 1: вычислить точное значение. Например, . Запишем :
Или .
Тип 2: упростить выражение с буквенным . Например:
По таблице: и . Произведение:
Такие упрощения часто встречаются в ЕГЭ, где итоговый ответ должен содержать только или без сдвигов.
Частые ошибки
- Забыть сменить функцию при нечётном сдвиге. Написать вместо - это самая распространённая ошибка. При нечётном превращается в и наоборот.
- Перепутать знак для . Из-за того, что , многие интуитивно ставят знак «как у » - но знак зависит не только от кратности, а от конкретной четверти угла .
- Применять формулу к аргументу в радианах, ориентируясь на градусные таблицы. Если задача в радианах, нужно убедиться, что соответствует , - и так далее, прежде чем пользоваться таблицей.
- Игнорировать область допустимых значений. Формулы приведения справедливы при всех , но и имеют свои асимптоты. Если , то не определён, и формула приведения просто даст неопределённость с другой стороны.
- Использовать без проверки. Это верно только при и при определённости обоих. В формулах приведения лучше работать напрямую через .
FAQ
Почему тангенс меняется на котангенс при сдвиге на , а синус на косинус?
Потому что . В числителе получается косинус, в знаменателе - со знаком синус. Отношение «косинус к синусу» - это и есть котангенс. То же самое происходит при любом нечётном сдвиге: после подстановки формул для числитель и знаменатель меняются местами.
Как быстро вспомнить знак на экзамене, не заучивая таблицу?
Нарисуйте единичную окружность, отметьте угол при остром (достаточно одного-двух значений, например ). Определите, в какой четверти оказался результирующий угол. В I и III четвертях тангенс (и котангенс) положительны, во II и IV - отрицательны. Это займёт 10-15 секунд и даст правильный знак без заучивания.
Работают ли формулы приведения для отрицательных или ?
Формально - да, формулы справедливы при любом из области допустимых значений. Но на практике их применяют, чтобы свести аргумент к острому углу. Если вышел за , сначала используйте формулы приведения снова или свойство периодичности.
Коротко
Формулы приведения для тангенса и котангенса работают по двум правилам: нечётный сдвиг () меняет функцию (), чётный () оставляет прежней; знак определяется четвертью, в которой оказывается угол . Запомнив эти два принципа и умея быстро определять знак по единичной окружности, можно воспроизвести всю таблицу за несколько секунд, не заучивая каждую строку отдельно.
Читайте также

Формулы приведения: sin и cos от (90k +/- alpha)
Формулы приведения для синуса и косинуса: два правила - смена функции и знак, таблица всех восьми случаев 90k +/- alpha, разбор типовых задач и частые ошибки.

Тангенс через синус и косинус: формула и вывод
Как выразить тангенс через синус и косинус: формула tg x = sin x / cos x, вывод из прямоугольного треугольника, область определения и примеры задач с разбором.

Основное логарифмическое тождество: примеры и разбор
Основное логарифмическое тождество с примерами: формула, доказательство через определение логарифма, типовые задачи на упрощение выражений и частые ошибки школьников.