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Disequazioni Goniometriche Elementari

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By Pimath, 13 November, 2026

Le disequazioni goniometriche elementari confrontano il valore di una funzione goniometrica con un numero reale. Sono esempi di questo tipo le disequazioni \(\displaystyle\sin x>\frac12\), \(\cos x\le 0\), \(\tan x>1\) e \(\cot x\le\sqrt3\).

Per risolverle si individuano prima gli angoli che soddisfano la condizione in un intervallo di riferimento; successivamente si ottengono le soluzioni generali mediante la periodicità. La circonferenza goniometrica aiuta a interpretare le disequazioni con seno e coseno, mentre per tangente e cotangente è particolarmente utile conoscere la monotonia in ciascun intervallo del dominio.

In questa pagina consideriamo \(x\in\mathbb R\), misuriamo gli angoli in radianti e usiamo \(k\in\mathbb Z\) per indicare un parametro intero.


Indice

  • Significato e metodo risolutivo
  • Disequazioni elementari con il seno
  • Disequazioni elementari con il coseno
  • Disequazioni elementari con la tangente
  • Disequazioni elementari con la cotangente
  • Estremi inclusi, esclusi e condizioni di esistenza
  • Disequazioni con argomento composto
  • Riepilogo delle formule risolutive
  • Errori comuni

Significato e metodo risolutivo

Risolvere una disequazione goniometrica significa determinare tutti i valori dell’incognita per i quali le espressioni sono definite e il confronto indicato è vero.

Per esempio, nella disequazione

\[ \sin x>\frac12 \]

non cerchiamo soltanto gli angoli per i quali il seno è uguale a \(\displaystyle\frac12\), ma tutti quelli per i quali è maggiore di tale valore. L’equazione associata

\[ \sin x=\frac12 \]

permette di trovare i valori di confine degli intervalli cercati.

Procedimento generale

  1. Determinare il dominio. Per seno e coseno non ci sono restrizioni; tangente e cotangente richiedono condizioni di esistenza.
  2. Risolvere l’equazione associata. Individuare gli angoli nei quali si verifica l’uguaglianza.
  3. Selezionare gli intervalli. Usare la circonferenza goniometrica, il grafico o la monotonia della funzione.
  4. Decidere quali estremi includere. Distinguere i simboli \(<\), \(>\), \(\le\), \(\ge\) e rispettare il dominio.
  5. Estendere per periodicità. Traslare gli intervalli mediante multipli interi del periodo.

I periodi fondamentali delle quattro funzioni sono:

\[ \begin{aligned} \sin x,\ \cos x &: \quad 2\pi,\\ \tan x,\ \cot x &: \quad \pi. \end{aligned} \]

Per le disequazioni con seno e coseno è spesso comodo lavorare in \([0,2\pi)\). Per la tangente conviene usare \(\displaystyle\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)\); per la cotangente, \((0,\pi)\). Questi ultimi intervalli coprono un periodo e coincidono con un ramo continuo della rispettiva funzione.

Disequazioni elementari con il seno

Sulla circonferenza goniometrica, \(\sin x\) è l’ordinata del punto associato all’angolo \(x\). Pertanto:

  • \(\sin x>a\) richiede i punti della circonferenza situati sopra la retta \(y=a\);
  • \(\sin x<a\) richiede i punti situati sotto la retta \(y=a\).

Con i simboli \(\ge\) e \(\le\) si includono anche i punti della circonferenza appartenenti alla retta.

Esempio 1. Seno maggiore di un valore positivo

Risolviamo

\[ \sin x>\frac12. \]

Nell’intervallo \([0,2\pi)\), l’equazione associata ha soluzioni

\[ x=\frac{\pi}{6}, \qquad x=\frac{5\pi}{6}. \]

Il seno è maggiore di \(\displaystyle\frac12\) per gli angoli compresi fra questi due valori. Poiché la disequazione è stretta, gli estremi sono esclusi:

\[ \frac{\pi}{6}<x<\frac{5\pi}{6}. \]

Aggiungendo multipli interi di \(2\pi\), otteniamo le soluzioni generali:

\[ \boxed{ \frac{\pi}{6}+2k\pi<x<\frac{5\pi}{6}+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Immagine
Circonferenza goniometrica con la retta y uguale a un mezzo. L’arco superiore evidenziato in verde rappresenta gli angoli compresi fra pi greco sesti e cinque pi greco sesti, estremi esclusi, per i quali il seno è maggiore di un mezzo.

Esempio 2. Seno minore o uguale a un valore negativo

Risolviamo

\[ \sin x\le-\frac{\sqrt2}{2}. \]

In \([0,2\pi)\), i valori di confine sono

\[ x=\frac{5\pi}{4}, \qquad x=\frac{7\pi}{4}. \]

La condizione è soddisfatta sull’arco inferiore compreso fra questi angoli, includendo gli estremi. Quindi

\[ \boxed{ \frac{5\pi}{4}+2k\pi\le x\le\frac{7\pi}{4}+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Confronti con valori esterni a \([-1,1]\)

Poiché \(-1\le\sin x\le 1\), alcuni casi si risolvono immediatamente. Per esempio:

  • \(\sin x>1\) è impossibile;
  • \(\sin x\le 1\) è verificata per ogni \(x\in\mathbb R\);
  • \(\sin x>-2\) è verificata per ogni \(x\in\mathbb R\);
  • \(\sin x\le-2\) è impossibile.

I valori di confine \(1\) e \(-1\) richiedono attenzione: per esempio, \(\sin x\ge 1\) equivale a \(\sin x=1\), mentre \(\sin x>1\) non ha soluzioni.

Formule generali per \(-1<a<1\)

Posto

\[ \alpha=\arcsin a, \qquad -\frac{\pi}{2}<\alpha<\frac{\pi}{2}, \]

si ha

\[ \sin x>a \quad\Longleftrightarrow\quad \alpha+2k\pi<x<\pi-\alpha+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z, \]

e

\[ \sin x<a \quad\Longleftrightarrow\quad \pi-\alpha+2k\pi<x<2\pi+\alpha+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. \]

Per le disequazioni non strette si includono entrambi gli estremi. Queste formule descrivono direttamente le soluzioni reali: gli intervalli scritti non devono necessariamente essere contenuti in \([0,2\pi)\).

Disequazioni elementari con il coseno

Sulla circonferenza goniometrica, \(\cos x\) è l’ascissa del punto associato all’angolo \(x\). Pertanto:

  • \(\cos x>a\) richiede i punti situati a destra della retta \(x=a\);
  • \(\cos x<a\) richiede i punti situati a sinistra della retta \(x=a\).

Esempio 3. Coseno maggiore o uguale a un valore positivo

Risolviamo

\[ \cos x\ge\frac12. \]

In \([0,2\pi)\), l’equazione associata ha soluzioni

\[ x=\frac{\pi}{3}, \qquad x=\frac{5\pi}{3}. \]

La condizione è soddisfatta negli intervalli

\[ x\in \left[0,\frac{\pi}{3}\right] \cup \left[\frac{5\pi}{3},2\pi\right). \]

L’estremo \(2\pi\) è escluso soltanto perché stiamo lavorando in \([0,2\pi)\); la disequazione, considerata su \(\mathbb R\), è soddisfatta anche per \(x=2\pi\).

Per esprimere le soluzioni generali in modo compatto, possiamo descrivere un unico intervallo centrato in \(0\) e ripeterlo con periodo \(2\pi\):

\[ \boxed{ -\frac{\pi}{3}+2k\pi\le x\le\frac{\pi}{3}+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Le due rappresentazioni sono coerenti: l’intervallo \(\displaystyle\left[-\frac{\pi}{3},0\right)\), traslato di \(2\pi\), diventa \(\displaystyle\left[\frac{5\pi}{3},2\pi\right)\).

Immagine
Circonferenza goniometrica con la retta x uguale a un mezzo. L’arco destro, evidenziato in verde con estremi inclusi, rappresenta gli angoli da meno pi greco terzi a pi greco terzi per i quali il coseno è maggiore o uguale a un mezzo.

Esempio 4. Coseno negativo

La disequazione

\[ \cos x<0 \]

richiede i punti della semicirconferenza sinistra, escludendo quelli sull’asse delle ordinate. Pertanto

\[ \boxed{ \frac{\pi}{2}+2k\pi<x<\frac{3\pi}{2}+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Formule generali per \(-1<a<1\)

Posto

\[ \beta=\arccos a, \qquad 0<\beta<\pi, \]

si ha

\[ \cos x>a \quad\Longleftrightarrow\quad -\beta+2k\pi<x<\beta+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z, \]

e

\[ \cos x<a \quad\Longleftrightarrow\quad \beta+2k\pi<x<2\pi-\beta+2k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. \]

Per \(\ge\) e \(\le\) si includono gli estremi. Come per il seno, i confronti con \(a\notin(-1,1)\) si discutono usando \(-1\le\cos x\le 1\).

Disequazioni elementari con la tangente

La tangente è definita quando \(\cos x\ne 0\), cioè per

\[ x\ne\frac{\pi}{2}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. \]

In ciascun intervallo

\[ \left(-\frac{\pi}{2}+k\pi,\frac{\pi}{2}+k\pi\right) \]

la tangente è continua, strettamente crescente e assume tutti i valori reali.

Per confrontare \(\tan x\) con un numero reale \(a\), poniamo

\[ \gamma=\arctan a, \qquad -\frac{\pi}{2}<\gamma<\frac{\pi}{2}. \]

Poiché la funzione è crescente su ciascun ramo, otteniamo

\[ \boxed{ \tan x>a \quad\Longleftrightarrow\quad \gamma+k\pi<x<\frac{\pi}{2}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z, } \] \[ \boxed{ \tan x<a \quad\Longleftrightarrow\quad -\frac{\pi}{2}+k\pi<x<\gamma+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Per una disequazione non stretta si include l’estremo \(\gamma+k\pi\), ma si esclude sempre l’estremo in cui la tangente non è definita.

Esempio 5. Tangente maggiore di uno

Risolviamo

\[ \tan x>1. \]

Nel ramo \(\displaystyle\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)\), l’equazione associata ha soluzione \(\displaystyle x=\frac{\pi}{4}\). La tangente è maggiore di \(1\) alla sua destra, fino all’asintoto:

\[ \frac{\pi}{4}<x<\frac{\pi}{2}. \]

Le soluzioni generali sono quindi

\[ \boxed{ \frac{\pi}{4}+k\pi<x<\frac{\pi}{2}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Esempio 6. Tangente minore o uguale a un valore negativo

Risolviamo

\[ \tan x\le-\sqrt3. \]

Poiché \(\displaystyle\arctan(-\sqrt3)=-\frac{\pi}{3}\), otteniamo

\[ \boxed{ -\frac{\pi}{2}+k\pi<x\le-\frac{\pi}{3}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

L’estremo destro è incluso perché realizza l’uguaglianza; quello sinistro è escluso perché la tangente non esiste.

Immagine
Ramo crescente della tangente fra meno pi greco mezzi e pi greco mezzi. Il grafico incontra la retta y uguale a uno in x uguale a pi greco quarti. La tangente è maggiore di uno per x compreso fra pi greco quarti e pi greco mezzi, estremi esclusi.

Disequazioni elementari con la cotangente

La cotangente è definita quando \(\sin x\ne 0\), cioè per

\[ x\ne k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. \]

In ciascun intervallo

\[ (k\pi,\pi+k\pi) \]

la cotangente è continua, strettamente decrescente e assume tutti i valori reali.

Usiamo la convenzione secondo cui \(\operatorname{arccot}a\) è l’unico angolo di \((0,\pi)\) avente cotangente uguale ad \(a\). Posto

\[ \delta=\operatorname{arccot}a, \qquad 0<\delta<\pi, \]

la decrescenza della funzione dà

\[ \boxed{ \cot x>a \quad\Longleftrightarrow\quad k\pi<x<\delta+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z, } \] \[ \boxed{ \cot x<a \quad\Longleftrightarrow\quad \delta+k\pi<x<\pi+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Per una disequazione non stretta si include l’estremo \(\delta+k\pi\). Gli estremi \(k\pi\) e \(\pi+k\pi\) restano sempre esclusi.

Esempio 7. Cotangente maggiore o uguale a radice di tre

Risolviamo

\[ \cot x\ge\sqrt3. \]

Nell’intervallo \((0,\pi)\), l’equazione associata ha soluzione \(\displaystyle x=\frac{\pi}{6}\). Poiché la cotangente è decrescente, i valori maggiori o uguali a \(\sqrt3\) si ottengono a sinistra di tale angolo:

\[ 0<x\le\frac{\pi}{6}. \]

Le soluzioni generali sono

\[ \boxed{ k\pi<x\le\frac{\pi}{6}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Esempio 8. Cotangente minore di meno uno

Risolviamo

\[ \cot x<-1. \]

In \((0,\pi)\), l’equazione \(\cot x=-1\) ha soluzione \(\displaystyle x=\frac{3\pi}{4}\). La cotangente assume valori minori di \(-1\) alla destra di questo angolo. Quindi

\[ \boxed{ \frac{3\pi}{4}+k\pi<x<\pi+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Immagine
Ramo decrescente della cotangente fra zero e pi greco. Il grafico incontra la retta y uguale a radice di tre in x uguale a pi greco sesti. La cotangente è maggiore o uguale a radice di tre per x maggiore di zero e minore o uguale a pi greco sesti.

Estremi inclusi, esclusi e condizioni di esistenza

Per stabilire se un estremo appartiene alle soluzioni occorre distinguere tre situazioni.

Tipo di estremoCome trattarlo
Valore che realizza l’uguaglianzaSi include con \(\le\) o \(\ge\); si esclude con \(<\) o \(>\).
Valore escluso dal dominioSi esclude sempre, indipendentemente dal simbolo della disequazione.
Estremo escluso dall’intervallo assegnatoSi esclude anche se soddisfa la disequazione.

Per esempio, nella disequazione \(\tan x\ge 1\), le soluzioni sono

\[ \frac{\pi}{4}+k\pi\le x<\frac{\pi}{2}+k\pi. \]

Il primo estremo è incluso perché la tangente vale \(1\); il secondo è escluso perché la funzione non è definita.

Se invece si richiedono le soluzioni di \(\cos x\ge 1/2\) in \([0,2\pi)\), il valore \(2\pi\) non si scrive fra le soluzioni dell’intervallo, pur soddisfacendo la disequazione su \(\mathbb R\).

Disequazioni con argomento composto

Se l’argomento della funzione è un’espressione come \(2x\), \(-x\) oppure \(\displaystyle x+\frac{\pi}{3}\), si risolve prima la disequazione rispetto all’intero argomento e poi si isola \(x\).

Esempio 9. Seno con argomento doppio

Risolviamo

\[ \sin(2x)>\frac12. \]

Applicando la soluzione elementare all’argomento \(2x\), otteniamo

\[ \frac{\pi}{6}+2k\pi<2x<\frac{5\pi}{6}+2k\pi. \]

Dividendo tutti i membri per \(2\), segue

\[ \boxed{ \frac{\pi}{12}+k\pi<x<\frac{5\pi}{12}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

La ripetizione avviene con passo \(\pi\), coerentemente con il periodo della funzione \(\sin(2x)\).

Esempio 10. Divisione per un numero negativo

Risolviamo

\[ \tan(-x)>1. \]

Applicando la formula all’argomento \(-x\), troviamo

\[ \frac{\pi}{4}+k\pi<-x<\frac{\pi}{2}+k\pi. \]

Moltiplicando per \(-1\), si invertono i versi delle disuguaglianze. Riordinando gli estremi, otteniamo

\[ -\frac{\pi}{2}-k\pi<x<-\frac{\pi}{4}-k\pi. \]

Poiché \(-k\) percorre tutti gli interi quando \(k\) percorre \(\mathbb Z\), possiamo riscrivere

\[ \boxed{ -\frac{\pi}{2}+k\pi<x<-\frac{\pi}{4}+k\pi, \qquad k\in\mathbb Z. } \]

Si può arrivare allo stesso risultato usando la disparità della tangente: \(\tan(-x)=-\tan x\), quindi la disequazione equivale a \(\tan x<-1\).

Riepilogo delle formule risolutive

Per seno e coseno supponiamo \(-1<a<1\) e poniamo

\[ \alpha=\arcsin a, \qquad \beta=\arccos a. \]

Per tangente e cotangente, con \(a\in\mathbb R\), poniamo

\[ \gamma=\arctan a, \qquad \delta=\operatorname{arccot}a\in(0,\pi). \]

In tutte le righe della tabella, \(k\in\mathbb Z\).

DisequazioneSoluzioni generali
\(\sin x>a\)\(\alpha+2k\pi<x<\pi-\alpha+2k\pi\)
\(\sin x<a\)\(\pi-\alpha+2k\pi<x<2\pi+\alpha+2k\pi\)
\(\cos x>a\)\(-\beta+2k\pi<x<\beta+2k\pi\)
\(\cos x<a\)\(\beta+2k\pi<x<2\pi-\beta+2k\pi\)
\(\tan x>a\)\(\displaystyle\gamma+k\pi<x<\frac{\pi}{2}+k\pi\)
\(\tan x<a\)\(\displaystyle-\frac{\pi}{2}+k\pi<x<\gamma+k\pi\)
\(\cot x>a\)\(k\pi<x<\delta+k\pi\)
\(\cot x<a\)\(\delta+k\pi<x<\pi+k\pi\)

Per passare alle disequazioni non strette si includono gli estremi nei quali la funzione vale \(a\). I valori esclusi dal dominio restano esclusi.

I casi \(a=1\), \(a=-1\) e quelli esterni a \([-1,1]\), per seno e coseno, si discutono separatamente usando l’insieme dei valori delle due funzioni.

Errori comuni

ErroreCorrezione
Scrivere soltanto le soluzioni dell’equazione associata.Gli angoli dell’equazione individuano i confini; occorre selezionare gli intervalli che soddisfano la disequazione.
Aggiungere il periodo a un solo estremo.Traslare entrambi gli estremi dello stesso intervallo con lo stesso multiplo del periodo.
Usare \(2\pi\) come unico passo di ripetizione per tangente e cotangente.Usare il periodo \(\pi\), oppure descrivere tutte le famiglie necessarie in un intervallo più lungo.
Trattare la cotangente come crescente.Ricordare che la cotangente è decrescente in ciascun intervallo \((k\pi,\pi+k\pi)\).
Includere un asintoto perché la disequazione contiene \(\le\) o \(\ge\).Escludere sempre i valori nei quali la funzione non è definita.
Scrivere soltanto \(x>\arctan a\) per risolvere \(\tan x>a\).Limitare il confronto a ciascun ramo della tangente e ripetere l’intervallo con periodo \(\pi\).
Moltiplicare per \(\sin x\) o \(\cos x\) senza conoscerne il segno.Discutere il segno del fattore: se è negativo il verso cambia, se è nullo la divisione non è ammessa.
Dimenticare di invertire i versi dividendo per un numero negativo.Invertire entrambi i versi e riordinare gli estremi dell’intervallo.

Una soluzione completa deve indicare gli intervalli corretti, l’inclusione o l’esclusione degli estremi e il parametro intero che descrive la periodicità. Il controllo di un valore interno a ciascun intervallo aiuta a verificare la scelta degli archi o dei rami; le condizioni di esistenza e gli estremi vanno controllati separatamente.

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  • Trigonometria

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