Методика преподавания темы Тригонометрические функции в курсе алгебры и начал анализа (стр. 4 из 9)
7) Найти на числовой окружности точки с ординатами (абсциссами) равными -Ö3/2, 1/2, -Ö2/2, 0, -1, абсциссы (ординаты) которых отрицательны, и записать, каким числам они соответствуют.
8) Найти на числовой окружности точки с ординатой (абсциссой) > -Ö2/2 и записать, каким числам они соответствуют.
В процессе работы с числовой окружностью следует обратить внимание на следующие моменты.
В арсенале учителя должно находится как минимум два макета с числовыми окружностями. На первом из них отсчет ведется в положительном направлении с указанием расположения точек 0, p/6, p/4, p/3, p/2, 2p/3…. , на втором - в отрицательном с указанием точек -0, -p/6, -p/4, -p/3, -p/2, -2p/3…., причем второй макет желательно вывесить после того, как учащиеся ответят или попытаются ответить на вопрос: «Что будет, если точка будет двигаться не положительном, а в отрицательном направлении?».
Эта мотивационная задача позволяет еще раз провести связь между числовой окружностью и числовой прямой. Ведь на числовой прямой можно было откладывать не только положительные, но и отрицательные значения, причем сколь угодно большие. На числовой окружности можно делать то же самое, но следует учитывать тот факт, что на прямой соответствие между точками и числами взаимно-однозначное, а на окружности у каждой точки бесконечно много имен, отличающихся друг от друга на 2pк, где кÎZ.
Это главное отличие учащиеся должны четко понимать и осознавать. Для этого числовую окружность можно сравнить с колесом, а числовую прямую с бесконечной нитью, на которой отмечены точки. Наматывая нитку на колесо, предварительно совместив соответствующие нулевые точки, можно заметить, что точки, отличающиеся на 2p, попадут в одно и тоже место на колесе, благодаря тому, что длина числовой окружности единичного радиуса составляет именно 2p.
Больше всего проблем, связанных с неоднозначностью соответствия между точками и числами на окружности возникает при решении задач вида: «Найти на числовой окружности точки с ординатой (абсциссой) большей Ö3/2 и записать, каким числам они соответствуют».
Такие неравенства, характеризующие дугу, рекомендуется на начальном этапе составлять в два шага. На первом шаге составить так называемое «ядро» аналитической записи p/3 < t < 2p/3, и только на втором составить общую запись p/3+2pk < t < 2p/3+2pk, где к ÎZ.
По этому поводу осмелюсь не согласиться с статьей [10], в который автор пишет, что уточнение «где к ÎZ» можно опускать, записывая его только в парадных случаях – на контрольных или экзаменационных работах. В большинстве случаев это действительно можно делать совершенно безболезненно, но как быть, если при отборе корней уравнения или неравенства, или при наложении определенных ограничений на функцию, параметр к сможет принимать не все а, например, только положительные или только четные значения?
Учащиеся, привыкшие писать +2pk, не задумываясь над тем, какие значения может принимать параметр к, и в этом случае напишут +2pk, что автоматически сделает их решение неверным.
Это приведет и к недопониманию того факта, что, например, множества «4pk, где к ÎZ» и «2pk, где к Î 2Z» совпадают. Это, в свою очередь, может породить затруднения при рассмотрении функций с периодом, равным 4p. А ведь таким функциям уделяется немало времени при изучении темы «Тригонометрические функции».
Таким образом, нельзя оставлять недоработанными никакие, даже самые маленькие детали, ведь незначительные с виду недоработки, возникающие при изучении числовой окружности, в процессе изучения самих тригонометрических функций могут стать причиной возникновения больших пробелов в знаниях.
Теперь, когда мы научились работать с числовой окружностью как самостоятельным объектом, можно приступать к введению самих тригонометрических функций.
Не стоит забывать, что определения тригонометрических функций с помощью числовой окружности плохо укладываются в сознании ребят по одной простой причине: на первом этапе определения были даны в геометрической трактовке – как отношения сторон прямоугольного треугольника.
Из психологии известно: «если какое-нибудь важное понятие вводится в первый раз, то ассоциации, сопутствующие ему, врезаются в сознание учащегося чрезвычайно прочно. Последующие впечатления бывают слабее и не могут стереть того обличия, в котором это понятие явилось впервые». [5]
Несмотря на то, что мы уже использовали окружность для введения «новых» определений синуса и косинуса на этапе расширения множества значений, принимаемых углом необходимо еще раз провести взаимосвязь между прямоугольным треугольником и числовой окружностью.
Напомним, что в школьных учебниках этому факту почему-то не уделяется должного внимания (см. главу «Анализ изложения темы «Тригонометрические функции» в различных школьных учебниках»), поэтому учителю стоит обратить внимание на то, чтобыпривведении тригонометрических функций на этом этапе были озвучены следующие моменты.
Рассмотрим числовую окружность единичного радиуса, расположенную в прямоугольно декартовых координатах. Рис.1
В положительном направлении от оси ОХ отложим угол a такой, что 0 < a < 900. Обозначим полученную на окружности точку как Рa. Опустим из точки Рa перпендикуляр на ось ОХ, получим точку М. Рассмотрим получившийся прямоугольный треугольник ОМРa. Sina по определению равен отношению МРa/ОРa, но радиус окружности ОРa равен единице, следовательно, Sina = МРa. Аналогичным образом, cosa = ОМ. Заметим, что длина ОМ - это абсцисса точки Рa в прямоугольно-декартовой системе координат, а длина МРa- ее ордината. Таким образом, синус и косинус угла a определяются через ординату и абсциссу точки Рa, что является более удобным при работе в прямоугольно-декартовой системе координат.
Работая с числовой окружностью, мы уже усвоили тот факт, что так как длина дуги единичной окружности легко выражается через центральный угол, на нее опирающийся, то точку Рa, можно построить и другим способом - откладывая дугу заданной длины. А так как длина дуги – всегда действительное число, значит, от тригонометрических функций углового аргумента легко можно перейти к тригонометрическим функциям числового аргумента.
Сейчас вернемся к наложенным на угол a ограничениям. Угол a принадлежит промежутку от 00 до 900, а значит и длина дуги лежит между нулем и p/2. Используя все ту же геометрическую интерпретацию, легко показать, что эти определения можно распространить и на любые углы и числа.
Понятия тангенса и котангенса можно вводить двояко: как отношение синуса к косинусу (косинуса к синусу) и как ординату (абсциссу) точки пересечения касательной к окружности в точке (1;0) ((0;1)) и прямой ОРa.
Рис.2
Вообще говоря, определив функции синус и косинус, мы уже не нуждаемся в числовой окружности как средстве для введения понятий тангенса и котангенса. Но раз уж мы взялись работать с этой моделью, то неплохо бы показать, как определить функции тангенс и котангенс, используя только их геометрическое определения (заметим, что выражения «тангенс угла a – это отношение синуса aк косинусу a» и « котангенс угла a – это отношение косинуса aк синусу a» не являются определениями – это уже свойства).
Использование второго подхода поможет нам не только на этапе изучения самих тригонометрических функций, но и на этапе решения тригонометрических уравнений и неравенств. Поэтому целесообразнее использовать именно второй подход, а определение тангенса a как отношение синуса a к косинусу a рассматривать как свойство.
Итак, мы ввели понятия всех тригонометрических функций (которые предусмотрены программой). Но перед тем, как перейти к их исследованию и построению графиков, необходимо проследить, чтобы у учащихся были отработаны следующие навыки:
-Нахождение значений всех тригонометрических функций в «главных» точках.
(Для лучшего запоминания значений тригонометрических функций можно использовать следующую вспомогательную таблицу:
| a | 0 | p/6 | p/4 | p/3 | p/2 |
| sina |  |  |  |   |  |
| cosa | | | | | |
Здесь значения синуса и косинуса представлены в наиболее удобной для восприятия и запоминания форме.)
-Решение простейших тригонометрических уравнений и неравенств.
-Определение знаков тригонометрических функций в заданных точках.
-Упрощение выражений с использованием основного тригонометрического тождества и формул приведения.
-Нахождение по заданному значению одной из тригонометрических функций значений всех остальных тригонометрических функций.
Приобретая вышеперечисленные навыки, учащиеся тем самым получают арсенал средств, достаточный для более основательного исследования и построения графиков тригонометрических функций.