Trigonometri menghubungkan sisi dan sudut segitiga siku-siku. Kesebangunan, teorema Pythagoras, enam rasio, dan contoh bayangan menjelaskan hubungan tersebut dengan asumsi yang dinyatakan dengan jelas.
Kata trigonometri dibentuk dari kata Yunani untuk segitiga dan ukuran. Segitiga siku-siku menjadi titik awal yang alami karena perbandingan sisinya ditentukan oleh sudut. Trigonometri kemudian memperluas gagasan ini ke lingkaran satuan, fungsi periodik, dan berbagai konteks di luar segitiga.
Fungsi trigonometri bermula dari rasio panjang sisi. Rasio membandingkan dua besaran, sedangkan proporsi menyatakan bahwa dua rasio bernilai sama.
Misalkan penggaris dan pohon berdiri tegak di tanah datar yang sama, lalu bayangannya diukur pada waktu yang sama. Sinar matahari yang sejajar membuat kedua segitiga tinggi-bayangan sebangun. Jika tinggi penggaris 6 cm, bayangannya 3 cm, dan bayangan pohon 150 cm, misalkan tinggi pohon adalah h:
Segitiga sebangun memiliki sudut-sudut bersesuaian yang sama dan sisi-sisi bersesuaian yang sebanding. Salah satu uji baku berikut sudah cukup untuk membuktikan kesebangunan:
Uji
Informasi yang cukup
AA
Dua pasang sudut bersesuaian sama. Pasangan ketiga otomatis sama.
SSS
Ketiga pasang sisi bersesuaian sebanding.
SAS
Dua pasang sisi bersesuaian sebanding dan sudut apitnya sama.
Segitiga sebangun memiliki bentuk yang sama meskipun ukurannya berbeda. Setiap panjang bersesuaian dikalikan dengan faktor skala yang sama.
Perbandingan trigonometri membandingkan sisi-sisi segitiga siku-siku terhadap sudut lancip acuan.
Bayangkan sebuah segitiga siku-siku dengan sudut θ (theta). Kita namakan sisi-sisinya sebagai:
Sisi miring (hipotenusa): sisi yang berhadapan dengan sudut siku-siku
Sisi depan: sisi yang berhadapan dengan sudut θ.
Sisi samping: sisi yang berdekatan dengan sudut θ selain sisi miring.
Segitiga Siku-Siku
Segitiga siku-siku dengan sudut θ.
Sin (45°) = 0.71Cos (45°) = 0.71Tan (45°) = 1.00
45°0.79 Radian
Dari ketiga sisi ini, kita memperoleh enam perbandingan trigonometri dasar. Untuk sudut lancip pada segitiga siku-siku yang tidak degenerat, ketiga panjang sisi positif sehingga semua rasio berikut terdefinisi:
Dua segitiga siku-siku dengan sudut lancip yang sama, misalnya θ=30∘, juga memiliki sudut siku-siku yang sama. Uji AA membuktikan bahwa keduanya sebangun. Mengalikan semua sisi dengan faktor yang sama tidak mengubah hasil bagi panjang sisi bersesuaian.
Contoh sederhana:
Segitiga A memiliki sisi depan 3 cm dan sisi miring 6 cm.
Segitiga B memiliki sisi depan 5 cm dan sisi miring 10 cm.
Jika kita hitung sinθ untuk kedua segitiga:
sinθ pada segitiga A adalah 63=0,5.
sinθ pada segitiga B adalah 105=0,5.
Meskipun ukuran kedua segitiga berbeda, nilai sinθ tetap sama. Penalaran yang sama berlaku pada rasio sisi lainnya.
Visualisasi Perbandingan Trigonometri
Gerakkan sudut untuk melihat bagaimana sinus dan kosinus ditentukan oleh titik pada lingkaran satuan.
Sin (30°) = 0.50Cos (30°) = 0.87Tan (30°) = 0.58
30°0.52 Radian
Pada lingkaran satuan, titik yang bersesuaian dengan θ memiliki koordinat (cosθ,sinθ). Definisi ini memperluas sinus dan kosinus melampaui sudut lancip pada segitiga siku-siku.
Rasio segitiga siku-siku dan koordinat lingkaran satuan menghasilkan nilai yang sama untuk sudut lancip. Karena itu, nilai tersebut dapat digunakan pada segitiga dengan ukuran berbeda.
Trigonometri menghubungkan sudut dengan panjang dan perubahan periodik. Karena itu, trigonometri muncul dalam pengukuran, navigasi, konstruksi, dan model gelombang.
Untuk objek tegak yang berdekatan di tanah datar, tinggi dibagi panjang bayangan bernilai sama jika semua bayangan diukur pada waktu yang sama. Kesamaan rasio itu berasal dari sinar matahari yang sejajar dan segitiga yang sebangun.
Lebih dari 2200 tahun lalu, Eratosthenes memperkirakan keliling Bumi dengan membandingkan sudut Matahari di dua lokasi dan menggabungkan selisih sudut itu dengan jarak antarlokasi. Tanpa jarak tersebut, selisih sudut saja tidak dapat menentukan keliling Bumi.
Pilih beberapa objek tegak yang berdekatan di tanah datar dan ukur bayangannya pada waktu yang hampir sama. Dengan demikian, sudut Matahari dapat dianggap sama.
Ukur tinggi acuan hr dan panjang bayangan mendatarnya sr.
Hitung rasio bersama k=hr/sr.
Ukur panjang bayangan objek lain s dan perkirakan tingginya dengan h=ks.
Jika diperlukan, hitung sudut elevasi Matahari dengan θ=arctank.
Sebagai contoh, jika objek acuan setinggi 1,5 m memiliki bayangan 2,0 m, maka k=0,75. Objek dengan bayangan 8,0 m diperkirakan memiliki tinggi
h=0,75×8,0 m=6,0 m
θ=arctan(0,75)≈36,87∘
Jika tanah miring, objek tidak tegak, atau waktu pengukuran berbeda jauh, model sederhana ini tidak berlaku tanpa penyesuaian.