kali ini akan di bahas Rumus Jumlah Dan Selisih Dua Sudut pada Trigonometri yaitu Cosinus beserta bukti dan contoh soal

Trigonometri adalah materi Matematika yang selalu ada di setiap tingkat kelas jenjang SMA baik kelas X, XI, atau XII. Pada kelas X ada perbandingan, fungsi, dan identitas trigonometri. Di Kelas XI ada Persamaan Trigonometri dan Rumus Jumlah dan Selisih dua sudut. Sedangkan di kelas XII ketemu trigonometri ketika menghitung integral tak tentu dan integral tentu dari fungsi trigonometri.

Kali ini, kita akan sama-sama belajar tentang Rumus Jumlah dan Selisih Sudut Pada Trigonometri. Ini merupakan materi trigonometri lanjutan. Materi ini digunakan untuk menghitung nilai sudut trigonometri yang tidak istimewa. Misalkan sin75\sin 75^\circ, dapat kita tuliskan dengan penjumlahan sudut istimewa sin75=sin(45+30)\sin 75^\circ=\sin (45^\circ+30^\circ). Misalkan lagi cos15\cos 15^\circ, dapat kita tuliskan dengan pengurangan atau selisih sudut istimewa cos15=cos(4530)\cos 15^\circ=\cos (45^\circ-30^\circ).

Untuk memudahkan pemahaman tentang materi ini, tentu harus paham dulu tentang pelajaran trigonometri di kelas X yang mempelajari tentang konsep dasar perbandingan trigonometri↝ . Nahhh materi tersebut jangan dilupakan yaaa, sebab materi tersebut merupakan salah satu prasyarat untuk memahami modul ini. Yuk ah gak usah takut dan tidak bisa dengan trigonometri, kita belajar bertahap dan yakin pasti bisa…

1. Rumus untuk cos(α+β)\cos(\alpha+\beta) dan cos(αβ)\cos(\alpha-\beta)

Pembuktian rumus cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ\cos(\alpha+\beta)=\cos\alpha \cos\beta -\sin\alpha \sin\beta

Mari kita buktikan kedua rumus tersebut. Ada 2 cara untuk membuktikannya

Cara 1: Dengan lingkaran satuan, cari jarak dua titik

Perhatikan lingkaran satuan dan 3 buah juring yang masing-masing sudutnya α\alpha, β\beta, dan β-\beta. Lingkaran satuan trigonometri Gambar di atas adalah lingkaran satuan yang berpusat di O dan berjari-jari rr. Perhatikan dua segitiga yaitu POR\vartriangle POR dan SOQ\vartriangle SOQ dengan POR\angle POR dan SOQ\angle SOQ sehingga PR=SQPR=SQ.

Dengan membuktikan PR=SQPR=SQ, maka diperoleh cos(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\cos(\alpha + \beta ) = \sin \alpha \cos \beta + \cos \alpha \sin \beta Dari gambar tersebut, diperoleh
OP=OQ=OR=OS=r OP=OQ=OR=OS = r Titik koordinat kutubnya yaitu titik P(r,0) P(r, 0),
titik Q(rcosα,rsinα)Q(r \cos \alpha, r \sin \alpha ),
titik R(rcos(α+β),rsin(α+β))R(r \cos(\alpha + \beta ), r \sin(\alpha + \beta )) , dan titik S(rcosβ,rsinβ) S(r \cos \beta , -r \sin \beta ) .
Mengingat

  1. Konsep jarak dua titik A(x1,y1x_1,y_1) dan B(x2,y2x_2,y_2) : AB=(x2x1)2+(y2y1)2AB2=(x2x1)2+(y2y1)2 \begin{align*} AB &= \sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2 } \\ AB^2 &= (x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2 \end{align*}
  2. Identitas trigonometri : sin2A+cos2A=1 \sin ^2 A + \cos ^2 A = 1

Pembuktian rumus sin(α+β)=sinαcosβcosαsinβ\sin(\alpha+\beta)=\sin\alpha \cos\beta -\cos\alpha \sin\beta
Mencari Jarak PR :
P(r,0) P(r, 0) dan R(rcos(α+β),rsin(α+β)) R (r \cos(\alpha + \beta ) , r \sin(\alpha + \beta )) dengan konsep jarak dua titik diatas PR2=[rcos(α+β)r]2+[rsin(α+β)0]2=[rcos(α+β)r]2+[rsin(α+β)0]2=r2cos2(α+β)2r2cos(α+β)+r2+r2sin2(α+β)=r2[cos2(α+β)+sin2(α+β)]2r2cos(α+β)+r2=r2[1]2r2cos(α+β)+r2PR2=2r22r2cos(α+β) \begin{align*}PR^2 &= [r \cos(\alpha + \beta ) - r]^2 + [r \sin(\alpha + \beta ) - 0 ]^2 \\ &= [r \cos(\alpha + \beta ) - r]^2 + [r \sin(\alpha + \beta ) - 0 ]^2 \\ &= r^2 \cos ^2 (\alpha + \beta ) - 2r^2 \cos(\alpha + \beta ) + r^2 + r^2 \sin ^2 (\alpha + \beta ) \\ &= r^2 [\cos ^2 (\alpha + \beta ) + \sin ^2 (\alpha + \beta ) ]- 2r^2 \cos(\alpha + \beta ) + r^2 \\ &= r^2 [1 ]- 2r^2 \cos(\alpha + \beta ) + r^2\\ PR^2 &= 2r^2 - 2r^2 \cos(\alpha + \beta ) \end{align*} **Mencari Jarak QS :**
Q(rcosβ,rsinβ) Q(r \cos \beta , -r \sin \beta ) dan S(rcosα,rsinα) S(r \cos \alpha, r \sin \alpha ) dengan konsep jarak dua titik diatas QS2=[rcosαrcosβ]2+[rsinα(rsinβ)]2=[rcosαrcosβ]2+[rsinα+rsinβ]2=(r2cos2α2r2cosαcosβ+r2cos2β)+(r2sin2α+2r2sinαsinβ+r2sin2β)=r2(cos2α+sin2α)+r2(cos2β+sin2β)2r2(cosαcosβsinαsinβ)=r2(1)+r2(1)2r2(cosαcosβsinαsinβ)QS2=2r22r2(cosαcosβsinαsinβ) \begin{align*}QS^2 &= [r \cos \alpha - r \cos \beta]^2 + [r \sin \alpha - ( -r \sin \beta ) ]^2 \\ &= [r \cos \alpha - r \cos \beta]^2 + [r \sin \alpha + r \sin \beta ]^2 \\ &= (r^2 \cos ^2 \alpha - 2r^2 \cos \alpha \cos \beta + r^2 \cos ^2 \beta ) + ( r^2 \sin ^2 \alpha + 2r^2 \sin \alpha \sin \beta + r^2 \sin ^2 \beta ) \\ &= r^2 (\cos ^2 \alpha + \sin ^2 \alpha ) + r^2 ( \cos ^2 \beta + \sin ^2 \beta) -2r^2 ( \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta ) \\ &= r^2 (1 ) + r^2 ( 1 ) -2r^2 ( \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta ) \\ QS^2 &= 2r^2 -2r^2 ( \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta ) \end{align*} **Panjang PR sama dengan panjang QS** PR=QSPR2=QS22r22r2cos(α+β)=2r22r2(cosαcosβsinαsinβ)cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ \begin{align*}PR &= QS \\PR^2 &= QS^2 \\2r^2 - 2r^2 \cos(\alpha + \beta ) &= 2r^2 -2r^2 ( \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta ) \\ \cos(\alpha + \beta ) &= \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta \end{align*} Sehingga Terbukti : cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ \cos(\alpha + \beta ) = \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta

Pembuktian rumus cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ \cos(\alpha - \beta ) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta

Rumus cos(αβ)\cos(\alpha-\beta) dapat diperoleh dengan sifat relasi sudut negatif yaitu cos(α+(β))\cos(\alpha+(-\beta))
Konsep sudut negatif : sin(A)=sinA \sin (-A) = - \sin A dan cos(A)=cosA \cos ( -A) = \cos A
cos(αβ)=cos(α+(β))=cosαcos(β)sinαsin(β)=cosαcosβsinα.(sinβ)=cosαcosβ+sinαsinβ \begin{align*} \cos(\alpha - \beta ) &= \cos(\alpha + (- \beta) ) \\ &= \cos \alpha \cos (-\beta) - \sin \alpha \sin (- \beta ) \\ &= \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha . (- \sin \beta) \\ &= \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta \end{align*} Sehingga terbukti : cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ \cos(\alpha - \beta ) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta

Cara 2: Menggunakan Aturan Cosinus dan Jarak Dua Titik

Perhatikan gambar berikut,
Lingkaran satuan trigonometri Pada gambar, misalkan lingkaran satuan dengan jari-jari r=1r= 1 dan pusat lingkaran O. Perhatikan SOQ\triangle SOQ, diperoleh titik koordinat kutubnya adalah titik S dan titik Q yaitu S(cosβ,sinβ) S(\cos \beta , -\sin \beta) dan Q(cosα,sinα) Q(\cos \alpha , \sin \alpha ) serta OS = OQ = 1.
Ingat
Identitas trigonometri : sin2A+cos2A=1 \sin ^2 A + \cos ^2 A = 1
Selanjutnya mencari jarak titik S dan Q dengan rumus:
SQ2=(x2x1)2+(y2y1)2SQ2=(cosαcosβ)2+(sinαsinβ)2=(cos2α2cosαcosβ+cos2β)+(sin2α2sinαsinβ+sin2β)=(sin2α+cos2α)+(sin2β+cos2β)2(cosαcosβ+sinαsinb)=(1)+(1)2(cosαcosβ+sinαsinβ)SQ2=22(cosαcosb+sinasinb)\begin{align*}SQ^2 &= (x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2 \\ SQ^2 &= (\cos \alpha - \cos \beta)^2 + (\sin \alpha - \sin \beta)^2 \\ &= (\cos ^2 \alpha - 2\cos \alpha \cos \beta + \cos ^2 \beta) + (\sin ^2 \alpha - 2\sin \alpha \sin \beta + \sin ^2 \beta) \\ &= ( \sin ^2 \alpha + \cos ^2 \alpha ) + (\sin ^2 \beta + \cos ^2 \beta ) - 2(\cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin b) \\ &= (1) + (1 ) - 2(\cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta) \\ SQ^2 &= 2 - 2(\cos \alpha \cos b + \sin a \sin b) \end{align*} **Aturan cosinus pada segitiga POQ**
Perhatikan SOQ\triangle SOQ berlaku aturan cosinus SQ2=OS2+OQ22.OS.OQ.cos(αβ)SQ^2 = OS^2 + OQ^2 - 2.OS.OQ .\cos (\alpha-\beta) selanjutnya substitusi SQ2=22(cosαcosβ+sinαsinβ) SQ^2 = 2 - 2(\cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta) SQ2=OS2+OQ22.OS.OQ.cos(αβ)SQ2=12+122.1.1.cos(αβ)22cos(αβ)=SQ2(substitusi SQ2)22cos(αβ)=22(cosαcosβ+sinαsinβ)cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ \begin{align*} SQ^2 &= OS^2 + OQ^2 - 2.OS.OQ .\cos (\alpha-\beta)\\ SQ^2 &= 1^2 + 1^2 - 2.1.1 . \cos (\alpha-\beta) \\ 2 - 2 \cos (\alpha-\beta) &= SQ^2 \\ & \text{(substitusi } SQ^2 ) \\ 2 - 2 \cos (\alpha-\beta) &= 2 - 2(\cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta)\\ \cos (\alpha-\beta) &= \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta \end{align*}
sehingga terbukti : cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ \cos (\alpha-\beta) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta

Contoh Soal Trigonmetri Jumlah dan Selisih Dua Sudut Cosinus

1). Tentukan nilai dari cos15\cos 15^\circ
Alternatif Penyelesaian
Gunakan rumus cos(ab)=cosacosb+sinasinb\cos (a-b) = \cos a \cos b + \sin a \sin b. cos15=cos(4530)=cos45cos30+sin45sin30=122.123+122.12=146+142=14(6+2)=142(123+1)\begin{align*} \cos 15^\circ & = \cos (45^\circ - 30^\circ) \\ & = \cos 45^\circ \cos 30^\circ + \sin 45^\circ \sin 30^\circ \\ & = \frac{1}{2}\sqrt{2} . \frac{1}{2}\sqrt{3} + \frac{1}{2}\sqrt{2} . \frac{1}{2} \\ & = \frac{1}{4}\sqrt{6}+ \frac{1}{4}\sqrt{2} \\ & = \frac{1}{4}\left( \sqrt{6} +\sqrt{2}\right ) \\ & = \frac{1}{4}\sqrt{2} (\frac{1}{2}\sqrt{3} + 1) \end{align*} Jadi, nilai dari cos105\cos 105^\circ adalah 142(123+1)\frac{1}{4}\sqrt{2} (\frac{1}{2}\sqrt{3} + 1).

2). Tentukan nilai dari cos105\cos 105^\circ
Alternatif Penyelesaian
Gunakan rumus cos(a+b)=cosacosbsinasinb\cos (a+b) = \cos a \cos b - \sin a \sin b. cos105=cos(60+45)=cos60cos45sin60sin45=12.122123.122=142146=14(26)=142(1123)\begin{align*} \cos 105^\circ & = \cos (60^\circ + 45^\circ) \\ & = \cos 60^\circ \cos 45^\circ - \sin 60^\circ \sin 45^\circ \\ & = \frac{1}{2}. \frac{1}{2}\sqrt{2} - \frac{1}{2}\sqrt{3} . \frac{1}{2}\sqrt{2} \\ & = \frac{1}{4}\sqrt{2}- \frac{1}{4}\sqrt{6} \\ & = \frac{1}{4}\left( \sqrt{2} -\sqrt{6}\right ) \\ & = \frac{1}{4}\sqrt{2} (1-\frac{1}{2}\sqrt{3}) \end{align*}

3). Tentukan nilai dari cos88cos58+sin88sin58\cos 88^\circ \cos 58^\circ + \sin 88^\circ \sin 58^\circ
Alternatif Penyelesaian
Gunakan rumus cosacosb+sinasinb=cos(ab) \cos a \cos b + \sin a \sin b=\cos (a-b). cos88cos58+sin88sin58=cos(8858)=cos30=123\begin{align*} \cos 88^\circ \cos 58^\circ + \sin 88^\circ \sin 58^\circ & = \cos (88^\circ-58^\circ)\\ &= \cos 30^\circ \\ &= \frac{1}{2}\sqrt{3}\end{align*} jadi, nilai dari cos88cos58+sin88sin58\cos 88^\circ \cos 58^\circ + \sin 88^\circ \sin 58^\circ adalah 123\frac{1}{2}\sqrt{3}

4). Diketahui Diketahui cosx=35\cos x =\dfrac35 dan cosy=1213\cos y = \dfrac{12}{13} (xx dan yy sudut lancip). Tentukan nilai dari cos(xy)\cos(x-y)!
Alternatif Penyelesaian
Gunakan rumus cos(xy)=cosxcosy+sinxsiny \cos (x-y)=\cos x \cos y + \sin x \sin y.
cos xx dan cos yy telah diketahui, sehingga kita perlu menentukan sinx\sin x dan siny\sin y terlebih dahulu dengan menggunakan rumus identitas sin2x+cos2x=1\sin^2 x+\cos^2x=1 atau bisa juga dengan menggambar segitiga.
Dari Identitas sin2x+cos2x=1\sin^2 x+\cos^2x=1,

-) maka sin2x=1cos2x\sin^2 x=1-\cos^2x. sin2x=1cos2xsinx=+1cos2x  x lancip, maka sinx positif=+1(35)2=+1925=2525925=1625sinx=45\begin{align*}\sin^2 x&=1-\cos^2x\\ \sin x&=+\sqrt{1-\cos^2x} \text{ … }x \text { lancip, maka } \sin x \text{ positif}\\ &=+\sqrt{1-\left(\frac35\right)^2}\\ &=+\sqrt{1-\frac{9}{25}}\\ &=\sqrt{\frac{25}{25}-\frac{9}{25}}=\sqrt{\frac{16}{25}}\\ \sin x&=\frac{4}{5}\end{align*}

-) selanjutnya sin2y=1cos2y\sin^2 y=1-\cos^2y. sin2y=1cos2ysiny=+1cos2y  y lancip, maka siny positif=+1(1213)2=+1144169=169169144169=25169sinx=513\begin{align*}\sin^2 y&=1-\cos^2y\\ \sin y&=+\sqrt{1-\cos^2y} \text{ … }y \text { lancip, maka } \sin y \text{ positif}\\ &=+\sqrt{1-\left(\frac{12}{13}\right)^2}\\ &=+\sqrt{1-\frac{144}{169}}\\ &=\sqrt{\frac{169}{169}-\frac{144}{169}}=\sqrt{\frac{25}{169}}\\ \sin x&=\frac{5}{13}\end{align*}

-) mengitung nilai cos(xy)\cos (x-y) cos(xy)=cosxcosy+sinxsiny=(35)(1213)+(45)(513)=3665+2065=5665\begin{align*} \cos (x-y)&=\cos x \cos y + \sin x \sin y \\ &=\left(\frac{3}{5}\right)\left(\frac{12}{13}\right) + \left(\frac{4}{5}\right)\left(\frac{5}{13}\right) \\ &=\frac{36}{65} + \frac{20}{65} \\ &=\frac{56}{65} \end{align*} Jadi, nilai dari cos(xy)=5665\cos(x-y)=\dfrac{56}{65}

Apa selanjutnya??

yuk pelajari Rumus Jumlah dan Selisih Dua Sudut pada Sinus↝