functions 3

18
Functions – Part 3 1 MATHEMATICS Learner’s Study and Revision Guide for Grade 12 FUNCTIONS Part 3 TRIGONOMETRIC CURVES Revision Notes, Exercises and Solution Hints by Roseinnes Phahle Examination Questions by the Department of Basic Education

Upload: jonahjunior

Post on 13-Jul-2016

212 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Matric Functions

TRANSCRIPT

Page 1: Functions 3

Functions – Part 3 

1  

MATHEMATICS

Learner’s Study and

Revision Guide for

Grade 12

FUNCTIONS ‐ Part 3  TRIGONOMETRIC CURVES 

         

Revision Notes, Exercises and Solution Hints by 

Roseinnes Phahle  

Examination Questions by the Department of Basic Education 

Page 2: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

2  

Contents 

Unit 7

Revision notes                    3 

Exercise 7.1                    4 

A review of parent functions in trigonometry            4 

Answers to Exercise 7.1                 7 

Examination questions with solution hints and answers          8 

More questions from past examination papers            12 

Answers                    18 

How to use this revision and study guide

1. Study the revision notes given at the beginning. The notes are interactive in that in some parts you are required to make a response based on your prior learning of the topic from your teacher in class or from a textbook. Furthermore, the notes cover all the Mathematics from Grade 10 to Grade 12. 

2. “Warm‐up” exercises follow the notes. Some exercises carry solution HINTS in the answer section. Do not read the answer or hints until you have tried to work out a question  and are having difficulty. 

3. The notes and exercises are followed by questions from past examination papers. 

4. The examination questions are followed by blank spaces or boxes inside a table. Do the working out of the question inside these spaces or boxes. 

5. Alongside the blank boxes are HINTS in case you have difficulty solving a part of the question. Do not read the hints until you have tried to work out the question and are having difficulty. 

6. What follows next are more questions taken from past examination papers. 

7. Answers to the extra past examination questions appear at the end. Some answers carry HINTS and notes to enrich your knowledge. 

8. Finally, don’t be a loner. Work through this guide in a team with your classmates. 

   

Page 3: Functions 3

Functions – Part 3 

3  

REVISION UNIT 7: SKETCHING TRIGONOMETRIC GRAPHS 

In the chapter on functions you studied the transformation of  )(xfy = into  qpxafy +−= )( . In 

other words, saw the effect that the parameters  qpa and , have on the graph of  )(xf . 

In Chapter 5 you looked at what effect these parameters have on the trigonometric graphs of sin, cos and tan . You saw there that the effects are the same on the trigonometric graphs  as on graphs for algebraic functions – so you really have nothing new to learn so long as you can do sketches of the parent functions sin x , cos x  and tan x . 

In one respect, though, the graphs of the trigonometric functions are different from those of algebraic expressions. They are different in that they are periodic which means that their shapes repeat themselves over certain intervals. 

What helps in determining the  x ‐intercepts is the period of the function. For example, given 

( ) kxxf sin= , how do you determine the period of  ( )xf ? 

Period =  

The sine and cosine functions also have amplitudes which is given by: 

Parent functions in trigonometry 

In order to be able to sketch trigonometric functions you will need to know the basic shapes: 

      ( ) xxfy sin==  

      ( ) xxgy cos==  

      ( ) xxhy tan==  

and their characteristics or special features.   

Sketching graphs of the trigonometric functions 

What you must particularly note and mark on your sketches  are the following: 

• The  x ‐intercepts, that is where the graphs cross the  x ‐axis;  

• The  y ‐ intercepts, that is where the graphs cross the  y ‐axis; 

 

• The maximum value of the graph;  

• The minimum value of the graph. 

Page 4: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

4  

Get yourself lots of graph paper on which to practice sketching the following trigonometric functions: 

1. Start by making sketches of each of sin x , cos x  and tan x  over different intervals such as ( )oo 360 ;0 ,  ( )oo 360 ;360− ,  ( )oo 360 ;180− ,  ( )oo 270 ;90−  or any interval of your choice. 

 2. Over the same intervals as above, now make sketches of  a sin x ,  a cos x  and a tan x  where a

=21, 2, 3 or any value of your choice – but choose a value that does not make it awkward for 

yourself!  

3. Over the same intervals as above, make sketches of  axsin ,  axcos and  axtan .  

4. Also over the same intervals make sketches of sin ( )px ± , cos ( )px ±  and tan ( )px ±  choosing 

values of  p such as  090± ,  060± ,  045± ; or  030± . 

 

5. Repeat the above question for a sin ( )px ± , a cos ( )px ±  and a tan ( )px ±  where you choose 

a  and  p again as above 

EXERCISE 7.1 

A. Determine the periods of the following functions and sketch them over the interval  )360 ;360( oo− : 

1. xy 2sin=     2.   xy 4cos3=     3.  xy21tan=  

B. Draw sketches or use compound angle formulae (see Unit 16) to prove the following:  

1. ( ) xx o cos90sin =+     2.  ( ) xx o sin90cos −=+  

A REVIEW OF THE PARENT FUNCTIONS IN TRIGONOMETRY 

A full review of the parent functions in trigonometry is given below. 

In the review, general formulae are given for the location of the  x ‐intercepts, the turning points and the asymptotes. In these formulae, n stands for the integers from  ∞− to  ∞+ .  

That is n =  .  .  .  .  .  .  ‐4;  ‐3;  ‐2;  ‐1;  0;  1;  2;  3;  .  .  .  .   

or simply,  Zn∈   

You will find these formulae useful for working out the  x ‐coordinates of critical points within intervals in which you will be required to make sketches of trigonometric functions. You need not memorise the formulae as you can always draw very rough sketches of the shapes of the functions and from such sketches very easily derive them .    

Page 5: Functions 3

Functions – Part 3 

5  

Parent functions and their characteristics for values of  ( )oo 360 ;360−∈x  

Function  Graph and characteristics xy sin=

 

 

-360-345-330-315-300-285-270-255-240-225-210-195-180-165-150-135-120-105 -90 -75 -60 -45 -30 -15 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360

-1

1

x

y

 Period = o360  that is the shape repeats itself every  o360 . −x intercepts at  oo 180.0 kx +=  −y intercept at  0=y  

Maximum value =+1 and occurs at  oo 360.90 kx +=  Minimum value =‐1 and occurs at   oo 360.90 kx +−=  Domain (all values of  x for which the function is defined):  ( )∞+∞−∈ ;x  

Range(all values of  y for which the function is defined):  [ ]1 ;1 +−∈y  or  11 ≤≤− y  Amplitude = (maximum value‐minimum value)/2 =1  

xy cos= 

 

-360-345-330-315-300-285-270-255-240-225-210-195-180-165-150-135-120-105 -90 -75 -60 -45 -30 -15 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360

-1

1

x

y

 Period = o360  that is the shape repeats itself every  o360 . 

−x intercepts at  oo 90).12(0 ++= kx  −y intercept at  1+=y  

Maximum value =+1 and occurs at  oo 360.0 kx +=  

Minimum value =‐1 and occurs at   oo 360.90 kx +±=  Domain (all values of  x for which the function is defined):  ( )∞+∞−∈ ;x  

Range(all values of  y for which the function is defined):  [ ]1 ;1 +−∈y  or  11 ≤≤− y  Amplitude = (maximum value‐minimum value)/2 =1  

Page 6: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

6  

Function  Graph and characteristics xy tan=

  

-360-345-330-315-300-285-270-255-240-225-210-195-180-165-150-135-120-105 -90 -75 -60 -45 -30 -15 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 30

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

y

 Period =  o180 that is the shape repeats itself every  o180 . −x intercepts at  oo 180.0 kx +=  −y intercept at  0=y  

Asymptotes at  oo 90).12(0 ++= kx  No maximum value No minimum vale 

Domain:  ( ) ( ) o90.12 ; +−∞+∞−∈ kx  or all values of  x between  ∞−  and  ∞+ but 

                  excluding  o90).12( += kx  Range:  ℜ∈y or all real values of  y between  ∞−  and  ∞+ or  +∞<<∞− y    

 

Although working with the formulae of general solutions that appear in the table above is very useful, as advised earlier, it will be just as good enough to always draw on rough paper a little sketch of the basic shape in which you mark in the intercepts, turning points and asymptotes and from which you will be able to deduce the characteristics of whatever function you are required to sketch.  

You will find a fuller treatment of the sketching of trigonometric functions in UNIT 17. You would do well to study this section now because it ties in very well with this unit. 

 

Page 7: Functions 3

Functions – Part 3 

7  

ANSWERS 

EXERCISE 7.1 

A . 1. Period = o180 ; 2. Period = o90 ; 3. Period = o360  

B. If you use sketches to prove these identities then the graph of the LHS must coincide with the 

graph of the RHS. 

Take question 1: 

1. Solving graphically: Draw the graphs of  ( )o90sin += xy  and  xy cos=  on the same set of 

axes. If the graphs coincide then you have proved the identity. 

2. Using compound angle formulae: 

              LHS =  ( )o90sin +x  

                     =  xx cos90sin90cossin oo +  

                     =  xx cos10sin ⋅+⋅  

                     =  xcos  

                     = RHS 

              and so the identity is proved. 

3. You could also use your knowledge of angles greater than  o90  and the property of complementary angles as follows: 

              ( ) ( )( )ooo 90180sin90sin +−=+ xx  

                                   =  ( )oo 90180sin −− x  

                                   =  ( )x−o90sin  

                                   =  xcos  

Now question 2 

Repeat any of the above procedures. 

   

Page 8: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

8  

PAPER 1  QUESTIONS  7                         DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 

 

 

 

   

Page 9: Functions 3

Functions – Part 3 

9  

PAPER 1  QUESTION 7                     DoE/ADDITIONAL EXEMPLAR 2008 

Number  Hints and answers  Work out the solutions in the boxes below 7.1  Revision question: 

How do you work out the period of the sin or the cosine of  kx ?  And what about tan  kx ?  Now write down the period of  g . Answer: 

o180  

WARNING: all of Question 7 involves very little or no calculation to be worked out to get an answer. In cases such as these where you can see the answer make doubly sure that you understand the answer and that you can find it without looking at the answer. 

7.2  Revision question: At what values of  x does tan  xhave asymptotes?  Now write down the values of  x  at which  f will have asymptotes in the given interval.  Answer: 

ox 45−=  

WARNING: see above. 

7.3  Revision question: What do you do to reflect a function in the  x ‐axis?  Now write down the equation of k .  Answer: ( ) xxk 2sin−=  

WARNING: see above. 

 

 

   

Page 10: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

10  

PAPER 1  QUESTION 6                 DoE/NOVEMBER 2008 

 

   

Page 11: Functions 3

Functions – Part 3 

11  

PAPER 1  QUESTION 6                 DoE/NOVEMBER 2008 

Number  Hints and answers  Work out the solutions in the boxes below 6.1 What are the asymptotes of the parent

function tan x ? How is the graph of tan x transformed when x is replaced by ( )o45−x ? So what are the asymptotes of tan ( )o45−x ? The answer you give must lie strictly within the required interval for

[ ]oo 180;90−∈x . Answer: You write down the answer.

6.2 Use tan ( )θ− = − tanθ and then describe the transformation in words. Answer: You write down the answer.

6.3 What is the period of sin x ? What is the period of sin kx ? So what is the period of sin 2 x ? Write down the equation of the resulting function in the form =y Answer: You write down the answer.

Page 12: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

12  

MORE QUESTIONS FROM PAST EXAMINATION PAPERS

Exemplar 2008

Page 13: Functions 3

Functions – Part 3 

13  

Preparatory Examination 2008

Page 14: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

14  

Feb – March 2009

DIAGRAM SHEET 1

Page 15: Functions 3

Functions – Part 3 

15  

November 2009 (Unused paper)

Page 16: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

16  

November 2009 (1)

Page 17: Functions 3

Functions – Part 3 

17  

Feb – March 2010

DIAGRAM SHEET 2

 

 

 

 

Page 18: Functions 3

Preparation for the Mathematics examination brought to you by Kagiso Trust 

 

18  

ANSWERS

Exemplar 2008 8.1   Period =  o360  8.2   The shift changes the range of  g  and will          Become [‐1;  3]. 8.3     ( ) xxh cos=    Preparatory Examination 2008 8.1     2 8.2      oo 180180 ≤<− x    or   ( ]oo 180;180−  

8.3      ( ) ( )o60sin2 −= xxg  

8.4       ;0o     ;90o      o180    Feb/March 2009 8.1     Sketch: 

 8.2     [ ]4;4−∈y  

8.3      o720  8.4      o90=θ    or     oo 36090 n+=θ   

November 2009 (Unused papers) 6.1     2=p    and     1=q  

6.2     [ ]2;0∈y    or    20 ≤≤ y  6.3.1     By finding the  x ‐values of the points of                Intersection of the graphs of  fand  g . 

6.3.2      o180    or    o180−    or   about  o5,112−  

 November 2009(1) 7.1     [ ]3;3−∈y    or     33 ≤≤− y  

7.2     ( )oo 38,0;63,82B  

7.3     Period =  o120  7.4      o180−=x   Feb/March 2010 8.1   Sketch:  

  8.2     o60−=x  8.3     Reflection about the  x ‐axis.