Nel trapezio
[math]ABCD[/math]
, avente base maggiore
[math]AB[/math]
, si sa che:
[math] AD = 3a , DC = a [/math]
[math] \\sin (alpha) = \\sin(hat{BAD}) = 4/5 , \\cos(γ) = \\cos(hat{BCD}) = - frac(5)(13) [/math]
Determinare:
- le altre funzioni goniometriche di α e γ e le funzioni goniometriche di
[math]δ =hat{ADC}[/math]
e [math] β = hat{ABC}[/math]
;
- l'altezza
[math]CH[/math]
relativa ad [math]AB[/math]
, il lato obliquo [math]CB[/math]
e la base maggiore [math]AB[/math]
;
- le funzioni goniometriche di
[math]hat{ABD}[/math]
;
- le funzioni goniometriche di
[math]hat{DBC}[/math]
.

Svolgimento (1)
Determiniamo le altre funzioni goniometriche di α e γ mediante la relazione fondamentale:
[math] \\cos(α) = \sqrt{1 - \\sin ^2 (α)} = \sqrt(1 - (4/5)^2) = \sqrt(1 - frac(16)(25)) = [/math]
[math] \sqrt{frac(25-16)(25)} = \sqrt(frac(9)(25)) = 3/5 [/math]
[math] \\sin (γ) = \sqrt{1 - \\cos^2 (γ)} = \sqrt(1 - (- 5/(13))^2) = \sqrt(1 - frac(25)(169)) = [/math]
[math] \sqrt{frac(169-25)(169)} = \sqrt(frac(144)(169)) = frac(12)(13) [/math]
Per trovare le funzioni goniometriche degli angoli δ e β
teniamo presente che il trapezio è un quadrilatero avente gli angoli adiacenti supplementari. Possiamo quindi scrivere che:
[math] α + δ = 180° e β + γ = 180° [/math]
Calcoliamo ora le loro funzioni goniometriche:
[math] δ = 180° - α [/math]
[math] \\cos δ = \\cos (180° - α) [/math]
Considerando gli angoli associati abbiamo che:
[math] \\cos δ = \\cos (180° - α) = - \\cosα = - 3/5 [/math]
[math] \\sin (delta) = \sqrt{1 - \\cos^2 (delta)} = \sqrt(1 - (- 3/(5))^2) = \sqrt(1 - frac(9)(25)) = [/math]
[math] \sqrt{frac(25 - 9)(25)} = \sqrt(frac(16)(25)) = frac(4)(5) [/math]
[math] β = 180° - γ [/math]
[math] \\cos β = \\cos (180° - γ) = - \\cos γ = - (- frac(5)(13)) = frac(5)(13) [/math]
[math] \\sin (\beta) = \sqrt{1 - \\cos^2 (\beta)} = \sqrt(1 - (5/(13))^2) = \sqrt(1 - frac(25)(169)) = [/math]
[math] \sqrt{frac(169 - 25)(169)} = \sqrt(frac(144)(169)) = frac(12)(13) [/math]
Svolgimento (2)
Per determinare l'altezza
[math]CH[/math]
, consideriamo il triangolo rettangolo
[math]ADK[/math]
, considerando che
[math]CH = DK [/math]
; applichiamo il primo teorema dei triangoli rettangoli:
[math]CH = DK = AD \cdot \\sin (alpha) = 3a \cdot 4/5 = (12)/5 a [/math]
Determiniamo il lato obliquo
[math]CD[/math]
considerando il triangolo
[math]CHB[/math]
:
[math]CB = frac(CH)(\\sin (\beta)) = frac((12)/5 a)((12)/(13)) = (12)/5 a \cdot (13)/(12) = (13)/5 a [/math]
Con il teorema di Pitagora, troviamo il lato
[math]HB[/math]
:
[math]HB = \sqrt{CB^2 - CH^2} = \sqrt(((13)/5 a)^2 - ((12)/5 a)^2) = [/math]
[math] \sqrt {frac(169)(25) a^2 - frac(144)(25) a^2} = \sqrt(frac(169 - 144)(25) a^2) = a [/math]
Sappiamo che il segmento
[math]HK[/math]
è uguale alla base minore e misura quindi
[math]a[/math]
;
Determiniamo ora il lato
[math]AK[/math]
del triangolo
[math]ADK[/math]
:
[math] AK = AD \cdot \\sin (alpha) = 3a \cdot 3/5 = 9/5 a [/math]
Possiamo ora trovare la lunghezza della base maggiore:
[math] AB = AK + HK + HB = 9/5 a + a + a = frac(19)(5) a [/math]
Svolgimento (3)
Per trovare le funzioni goniometriche di
[math]hat{ABD}[/math]
consideriamo il triangolo
[math]ADB[/math]
.
Possiamo trovare il lato
[math]DB[/math]
con il teorema del coseno:
[math] DB^2 = AD^2 + AB^2 - 2 \cdot AD \cdot AB \cdot \\cos(alpha) = [/math]
[math] (3a)^2 + ((19)/5 a)^2 - 2 \cdot 3a \cdot (19)/5 a \cdot 3/5 = 9a^2 + (361)/(25) a^2 - (342)/(25) a^2 = [/math]
[math] frac(225 + 361 - 342)(25) a^2 = frac(244)(25) a^2[/math]
[math] DB = \sqrt{frac(244)(25) a^2} = frac(2 \sqrt(61))(5) a [/math]
Applicando ora il teorema del seno, possiamo ricavare il seno dell'angolo
[math]hat{ABD}[/math]
:
[math]frac(DB)(\\sin (alpha)) = frac(AD)(\\sin(hat{ABD})) [/math]
[math]\\sin (hat{ABD}) = frac(AD \cdot \\sin(alpha))(DB) = frac(3a \cdot 4/5)(frac(2 \sqrt{61})(5) a) = [/math]
[math] frac(12)(5) a \cdot frac(5)(2 \sqrt{61} a) = frac(6)(\sqrt{61}) [/math]
[math] \\cos(hat{ABD}) = \sqrt{1 - \\sin ^2 (hat{ABD})} = \sqrt(1 - (6/(\sqrt(61)))^2) = \sqrt(1 - frac(36)(61)) = [/math]
[math] \sqrt{frac(61 - 36)(61)} = \sqrt(frac(25)(61)) = frac(5)(\sqrt(61)) [/math]
d) Troviamo ora le funzioni goniometriche dell'angolo
[math]hat{DBC}[/math]
sapendo che:
[math] hat{DBC} = \beta - hat{ABD} [/math]
[math] \\cos (hat{DBC}) = \\cos (\beta - hat{ABD}) [/math]
Applichiamo la formula di sottrazione del coseno:
[math] \\cos (hat{DBC}) = \\cos (\beta - hat{ABD}) = \\cos(\beta)\\cos(hat{ABD}) + \\sin (\beta)\\sin(hat{ABD}) = [/math]
[math] frac(5)(13) \cdot frac(5)(\sqrt{61}) + frac(12)(13) \cdot frac(6)(\sqrt{61}) = [/math]
[math] frac(25)(13\sqrt{61}) + frac(72)(13\sqrt{61}) = frac(97)(13 \sqrt{61}) [/math]
[math] \\sin (hat{DBC}) = \sqrt{1 - \\cos^2 (hat{DBC})} = \sqrt(1 - (frac(97)(13 \sqrt(61)))^2) = [/math]
[math] \sqrt{1 - frac(9409)(10309)} = \sqrt(frac(10309 - 9409)(10309)) = [/math]
[math] \sqrt{frac(900)(10309)} = frac(30)(13 \sqrt(61)) [/math]