![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Калнин Р.А. Алгебра и элементарные функции учебник для средних специальных учебных заведений
.pdf(I) |
tg (cs+ ß) |
tga-tgß |
1—t g a - t g ß ’ |
Тангенс суммы двух углов равен дроби, числитель которой есть сумма тангенсов, а знаменатель — разность между единицей и произведением тангенсов этих углов.
Пр и м е р . Дано: tg a = y , tgß = y , а и ß —острые
углы. Найти tg(a-j-ß). Имеем:
|
tg (« + ß) = |
....2 |
J..= |
1 . |
||
|
|
|
1 ~ T ' T |
|
||
Следовательно, |
a + ß = 45°. |
|
— ß, получим |
|||
Заменяя |
в формуле (V) |
угол ß на |
||||
tg (a — ß) |
t g « + t g( — ß) |
t g « —tgß |
||||
1— t g a - t g ( — ß) |
1 + t g a - t g ß ’ |
|||||
(И ) |
tg (a — ß) |
t g « —t gß |
|
|||
1 + t g a - t g ß |
‘ |
|||||
|
|
|
Тангенс разности двух углов равен дроби, числитель которой есть разность тангенсов, а знаменатель— сумма единицы и произведения тангенсов этих двух углов.
Пр и м е р .
tg 15° = tg (45°—30°) = |
tg45°—tg 30° |
1 |
О |
||
|
1 + t g 45°-tg 30 |
І+ Ь |
|
|
э— Ѵ з _ |
(з—тСз)г |
12 — 6 ѴЗ |
2 |
— У 3 æ 0,2679. |
|
~ з+ѵ ^з — |
6 |
6 |
|||
|
|
||||
П р и м е ч а н и е . Нет |
необходимости выводить и за |
поминать формулу котангенса суммы и разности двух углов; для этого достаточно воспользоваться тем, что
ctg (a ± ß)
1
tg (a ± ß)
§ 117. Тригонометрические функции двойного аргу мента. Рассмотрим частный случай формулы сложения:
sin (a + ß) = sin a cos ß + sin ß cos a
при ß —a; тогда имеем
sin (а -|- а) = sin а cosa-f- sin а cos а,
или
(I)sin 2а = 2 sin а cos а.
Синус двойного угла равен удвоенному произведению
синуса данного угла на |
его косинус. |
|
|
|
||||||
П р и ме р.- sina — |
2 |
, 0 |
< а < |
л |
Найти |
sin 2 а. |
||||
|
— . |
|||||||||
sin 2а I |
2 = |
2 sin а cos а! |
|
, = 2 ' 4 |
1/ |
1 —-тг, |
||||
|
sin а - — |
|
|
|
sin а = ~ |
о |
т |
У |
||
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
• |
о |
|
о 2 |
Ѵ~5 |
= |
4 ,/•■=- |
|
|
|
|
sin 2а = |
|
2 • -g- • |
|
g- К 5 . |
|
|
|||
Далее, |
из формулы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos (a -f ß) = cos a cos ß—sin a sin ß |
|
||||||||
при ß = a |
следует, что |
|
|
|
|
|
|
|
(II)cos 2a —cos2 a —sin2 a.
Косинус двойного угла равен квадрату косинуса дан ного угла минус квадрат его синуса.
Пр и м е р 1 . cos 1 2 0 °= cos260° —sin260°=-^—-^-= — Jj-.
Вэтом можно убедиться и так:
cos 1 2 0 ° = cos (180° —60°) = — cos 60° = — ~ . |
|
|||
П р и м е р |
|
з |
|
|
2. Дано: sina = -^-, 0<a<90°. Найти cos2a. |
||||
cos2 a = cos2 a —sin2a = 1 —sin2a —sin2 a; |
|
|||
cos2 a | |
3 = 1 —2 sin2 a | |
3 = |
9 |
1 |
1 —2 --r^= — ir- |
||||
' s i n a = — |
smot=— |
і о |
о |
|
|
4 |
4 |
|
|
Если в формуле
положить ß = a, то имеем:
Тангенс двойного угла равен удвоенному тангенсу данного угла, разделенному на разность между едини цей и квадратом тангенса этого угла.
Пр и ме р . |
|
О < a < |
~ |
. Найти tg 2a. |
|
|||||
2сх 1 |
з |
2 tg a |
|
|
|
|
|
|
12 |
|
1—tg3a |
|
|
|
|
|
5 ' |
|
|||
t g a = - |
|
|
|
|
|
|
||||
П р и м е ч а н и е . |
Всякий |
угол есть двойной по отно |
||||||||
шению к половине этого угла, как например, |
a —по от- |
|||||||||
ношению к - |
„— по отношению к |
. |
, 5а—по отно- |
|||||||
5а |
2 |
|
|
|
|
|
4 |
a + ß И т. |
|
|
|
|
отношению |
к |
д. |
||||||
шению к —рг , (a + ß)- -по |
||||||||||
Пр и ме р ы . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) sin Зх — 2 sin Щ- cos Y , |
4) tg |
|
|
2t^ |
|
|
||||
|
i - t g 2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
||
2 ) cos a = cos2 — |
sin: |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3) sin(a + ß) = 2sin a + ß |
cos |
a + ß |
|
|
|
|
||||
§ 118. Тригонометрические функции половинного аргу |
||||||||||
мента. Будем |
исходить из |
следующих |
|
двух |
тождеств: |
|||||
|
1 |
о |
а |
, |
. « |
a |
|
\ |
|
|
|
I = C0S2 |
— |
+ sm2 |
— , |
|
|
|
|
||
|
|
„ |
a |
|
. , |
a |
j |
f |
|
(l) |
|
cos a = cos3 |
-g---- sm2 |
—g—• |
|
|
|
||||
Почленно складывая эти два равенства, |
потом |
вы- |
||||||||
читая из первого второе, получим: |
|
|
|
|
|
|||||
|
I + cos a = 2 cos2 |
, |
|
|
|
(2 ) |
||||
|
I —cos a — 2 sin2 |
|
|
|
|
(3) |
(I) |
cos -2 |
— ± |
[ -j-cos а |
|
|||
(И) |
sin-2 |
= ± у Г.1 —cos а |
Почленно разделим равенство (И) на (I):
(ІИ) |
tg 2 = ± j / j I — cos а |
|
I + cos а |
Формулы (I), (И) и (III) выражают косинус, синус и тангенс половинного угла через косинус целого угла.
Если известно, в какой четверти оканчивается угол
-2 , то перед радикалом берется соответствующий знак, в противном случае двойной знак сохраняется.
П р и м е р |
1. Вычислить без |
таблиц |
sin-2. Угол -2 |
||
есть половина |
jt |
л |
У 1 Г |
поэтому |
|
угла - j , причем |
cos-^- = —g— , |
||||
|
.V 1 —cos • |
У 2 |
|
|
|
sin |
|
jV '2 |
- V 2 ; |
——острый угол, поэтому перед радикалом взят знак плюс.
1 |
3 |
П р и м е р 2. Дано: sina = — j , |
п < а < у л . Вы |
числить cos-2-. Сначала находим cosa:
cosa = — 1 / |
Г |
ут |
1 —-g-, |
cosa = ----- g— |
(знак минус взят потому, что угол a оканчивается в тре тьей четверти, где косинус отрицательный); половинный
угол -2 - оканчивается во второй четверти, поэтому
cos т — У Щ |
cos a |
2 |
VI |
а |
|
|
— 0,1691. |
c°sT |
- У Ч |
У |
|
|
|
П р и м е р |
3. Вычислить tg 15°. |
|
|
|
|
||||||
Применяем формулу (III), считая угол 15° половиной |
|||||||||||
угла |
30°: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1—cos 30О |
|
|
У з |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
tgl5° = / ■ 1 + cos 30О |
|
|
V з |
|
|
|
|
||||
|
|
2+1^3 |
|
|
(2 — V з Y |
|
■2— V à‘ ■ |
||||
|
V |
|
(2— V |
3 ) ( 2 + y r 3) |
|||||||
Для |
тангенса |
половинного |
угла |
вместо |
формулы |
||||||
(III) |
можно |
вывести |
две другие, более |
удобные |
для вы |
||||||
числения и не содержащие радикалы: |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
sm - |
2 sin2 -2- |
|
|
|
|
|||
(ІИ') |
tg- |
|
|
|
|
I —cos а |
|
|
|||
cos • |
' |
а |
. а |
sm a |
|
|
|||||
|
|
|
2 cos — s m ~ |
|
|
|
|
||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin- |
|
„ . |
а |
а |
|
|
|
|
(III") |
tg- |
|
2 sin — cos — |
sin a |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 cos2 |
1-]- cos a' |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Заметим, |
что |
sin а |
и |
tg-y |
имеют один |
и |
тот же |
знак. |
|||
Пр и ме р . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
, |
|
п |
|
|
|
У 2 |
|
|
|
|
, п |
1 — COS -4г |
|
|
2 — |
|
|
|
|
|||
tg т |
|
sin - |
|
У 2 |
Ѵ~2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
}Г~2 |
— bL = K2 — I » |
0,414. |
||||
|
|
|
|
|
|
V |
2 |
|
|
|
|
§ 119. Выражение синуса и косинуса через тангенс половинного угла. При доказательстве тригонометриче ских тождеств, решении тригонометрических уравне ний, а также в других случаях существенную пользу
„ |
. а |
а |
= |
sin а = 2 |
sin — cos |
|
|
|
„ . |
а |
а |
|
2 sin — cos — |
||
|
„ а |
, |
. „ а |
|
cos2 — + sina — |
л . а - а 2 sin — cos —
|
COS'1 |
2tg |
cos* |
sin2 - |
-tg2 — |
|
|
ё 2 |
cos•2 |
а |
|
|
2 tg' |
2 |
(I) |
sina = |
|
H - tg 24
Синус угла равен удвоенному тангенсу половины этого угла, разделенному на сумму единицы и квадрата тан генса половинного угла.
Пр и м е р . Вычислить sin а, если t g ~ = 2:
2 tg |
а |
|
2-2 |
sinoc = - |
|
1 + 2 2 ~ |
5 * |
|
|
1 |
tgT =2 |
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично |
выражаем |
cos а через tg-^-; |
|
|
|
|
„ а |
. , а |
a |
cos а — cos2 |
а |
cos2-g— |
sin2 — |
î —tg2T |
2 |
« а , |
. 9 а |
a |
|
|
|
cos2-^—|~sin2 — |
i + t g 2T |
|
|
|
« а |
|
|
|
cosa = |
i - t g 2^ |
|
|
(П ) |
l + tg2 |
|
|
|
|
|
|
|
Почленным делением равенства (I) на (II) находим:
2 tg -
(ІИ) |
tg a: |
1 —tg2
Формулы (I), (II) и (III) примечательны тем, что их правые части не содержат радикалов, поэтому говорят,
что синус, косинус и тангенс |
рационально выражаются |
||||
через тангенс половинного угла; значения |
остальных |
||||
трех тригонометрических |
функций —котангенса, секанса |
||||
и косеканса —обратны по |
величине значениям |
тангенса, |
|||
косинуса и синуса, а потому |
также рационально |
выра |
|||
жаются через |
tg . |
|
|
|
|
Пр и м е р . |
|
3 |
л |
|
sin4x. |
Дано: tg X = у , |
0 < х < у • Найти |
Сначала найдем sin2x и cos2x:
Угол 4х является двойным по отношению к углу 2х, а потому
sin 4х= 2 sin 2х • cos 2х.
Заменяя в этом равенстве sin2x и cos2x их значениями, получим
§ 120. Примеры на доказательство тождеств.
П р и м е р 1. Доказать, |
что |
1 + t g a t g ß |
cos (а —ß) |
1— t g a t g ß |
cos(a-J-ß) |
Приведем правую часть к левой:
cos (а —ß ) |
cos а cos ß + sin « sin ß |
cos(a-f-ß) |
cos а cos ß — sin a sin ß |
|
cos а cos ß |
|
cos a cos ß |
|
cos а cos ß |
' cos а cos ß |
1 -f- tg а |
tg ß |
|
sin a sin jj |
1 —tg а |
tg ß |
’ |
cos а cos ß |
|
|
|
П р и м е р 2. Доказать тождество
cos a + sin а
Приведем левую часть к правой:
1 + sin 2а |
_sin3 а + |
cos2 а + |
2 sin а cos а |
|
|
|
|
|
*cosa + s i n a |
cos а + |
sin а |
|
~ |
|
|
|
|
(cos a - f sin а)2 |
. . |
л г к ( |
1 |
, |
1 . |
\ |
||
= --------;—:----- =cos a+sin |
а= у |
2 ( - 7=- cos аА—^ s m a |
)= |
|||||
cos а + |
sin а |
|
|
\ |
2 |
у |
2 |
/ |
= Y 2 ^cos -2 -cos а + sin |
since) = К |
2 cos |
|
. |
§ 121. Преобразования суммы и разности тригономе трических функций в произведение и обратные преобра зования. 1. П р е о б р а з о в а н и е с уммы и р а з н о с т и д в у х с и н у с о в :
sin (a 4 - ß)= sin ce ■cos ß 4 - cos a • sin ß,
sin (a —ß) = sin a • cos ß —cos a -sin ß.
Почленно складывая равенства (1), а потом вычитая из первого второе, получим:
|
sin (се -f ß) 4 - sin (a —ß) = |
2 sin ce cos ß, |
(2 ) |
|
|
sin (» 4 -ß) —sin (ce—ß) = 2 sin ß cos a. |
(3) |
||
Положим: |
|
|
|
|
|
a 4 - ß = X, a —ß = г/. |
(4) |
||
Путем |
почленного |
сложения, а |
потом вычитания |
ра |
венств |
(4) найдем, |
что |
|
|
|
|
a = i ± ^ ,ß = ^ . |
(5) |
В новых обозначениях равенства (2) и (3) окончательно примут вид
(I)sin X 4 - sin у = 2 sin Chicos х- ^ - ,
(II) |
sin X —sin г/= 2 sin |
cos — • |
Равенство (I) обычно формулируется так: сумма сину сов двух углов равна удвоенному произведению синуса полусуммы на косинус полуразности этих углов.
П р и м е р ы .
14 |
. ,Л0 |
, • ело |
о с.;« 4 0 °+ 50° |
cos |
4 0 °— 50' |
|
|||
1 ) |
sm40 |
+ sm 50 |
— 2 |
sm --- |
^---- |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2sin45?-cos 5° = ]/ 2 cos 5е; |
|||||
2 ) sin-^+sinf^x— |
|
= 2 sin |
8 - + 2jt- T |
T - ^ + T |
: |
||||
|
---- e------- |
|
COS — ---7Г------- |
||||||
|
|
|
|
= 2 |
sin f X— |
cos f X—^ |
|
Аналогично читается и формула (II): разность синусов двух углов равна удвоенному произведению синуса полураз ности на косинус полусуммы этих углов.
П р и м е р ы .
. . .
1) sin
-го
75
. к о о • 75°— 15° |
|
75°+15° |
—sin 15 = 2 sin — s---- -cos |
2 |
|
2 |
^ |
= 2 sin 30°-cos 45° : V~2
2 ) sin ( x + |
- sin ( * - ? |
) = |
|
|
|
|
|||
. |
, л |
, 2 л |
i л , |
2 я |
H - y - x + y |
дс+ т + * _ т |
|||
= 2 Sin |
---------- |
Н--------- |
COS ---------- |
---------- : |
Л . Jt |
( |
л \ |
0 |
( |
|
.тт |
= 2 sin Y |
cos ( *— g- ) = 2 |
cos! |
X —-g- |
|||
2 . П р е о б р а з о в а н и е |
с у м м ы |
и р а з н о с т и |
||||
д в у х к о с и н у с о в . |
Имеем |
|
|
|
|
cos (а + ß) = cos а ■cos ß —sin а • sin ß,
cos (а —ß) = cos а -cos ß -{-sin а -sin ß.
Складывая и вычитая равенства (6 ), получаем:
cos (а + ß) + cos (а —ß) = 2 cos а ■cos ß, cos (a -f ß)—cos (a —ß) = — 2 sin a -sin ß,
или в обозначениях (5)
(III) |
cos X -f- cos у — 2 cos ——■cos — |
, |
|||
(IV) |
cosx—cos y~- |
n |
. X - \ - y |
. X — |
U |
■2 |
sin — |
sm —— . |
(6)
(7)
(8)
Сумма косинусов двух углов равна удвоенному произведению косинуса полусуммы на косинус полуразности этих углов.
лу |
Подобным |
образом |
можно |
прочесть |
также и форму |
|||||||||||
(IV). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
П р и м е р ы . |
|
|
|
25°+ |
35° |
|
35°— |
25° |
|
||||||
|
, ч |
о г о |
, |
|
о - о |
|
О |
|
|
|||||||
|
1 ) |
cos 35 |
+ cos 2t> |
= 2 cos — j------cos----- -— = |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 cos 30° • cos 5° = Y 3 • cos 5°; |
|||||||
|
2 ) |
cos (^2x— |
—cos ^ж+ |
|
|
= |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
n . 3X . f X |
|
я \ |
|
n . 3x . f n |
л: \ |
|||||||
|
|
= - 2 s m T s ]n [ — |
|
T ) = 2 s in T s in ( T ' - |
T ) ■ |
|||||||||||
|
3. |
П р е о б р а з о в а н и е с у м м ы и р а з н о с т и д в у х |
||||||||||||||
т а н г е н с о в . |
Если cosx=+0, |
cosy + |
O, |
то имеем: |
|
|||||||||||
, |
, |
, |
sin |
X , |
sin |
и |
sin |
X - |
cos |
у -Г- sin |
ï/ ■ COS X |
sin ( x 4 - и ) |
||||
ta X + |
ta y — |
-------- ------- - = -------------— ------ --------- = ------— |
|
|||||||||||||
° |
|
J |
COS X |
COS у |
|
|
COS |
X ' |
cos у |
|
COS X -COS у |
|||||
Подобным же образом можно преобразовать |
разность; |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
*gx — tgy = |
sin (x —у) |
|
|
|
|
||||||
|
При ме р . |
|
COS X cos у |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
sin 60° |
|
|
|
|
|||||
tg 75°—tg 15° = sin (^ |
° |
--Д1 = — |
|
|
|
|
||||||||||
|
-----f7Г |
|
|
|||||||||||||
& |
|
& |
|
cos75 cos!5 |
cos75 |
|
cosl5 |
Ѵз |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 cos 75°cos 15° |
2 sin 15°cos 15Ö -2J/3. |
||||||||
|
4. |
П р е о б р а з о в а н и е п р о и з в е д е н и я в ал |
||||||||||||||
г е б р а и ч е с к у ю |
сумму. |
Каждое из |
равенств (2), (3), |
|||||||||||||
(7) и (8 ) можно читать как |
слева направо, так и в об |
|||||||||||||||
ратном направлении. |
Разделим |
в этих |
равенствах |
пред |
||||||||||||
варительно |
каждую |
часть |
на 2 , а потом перепишем их |
|||||||||||||
в обратном |
порядке, |
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
sin a cos ß = -J- [sin (a + ß) + sin (a —ß)], |
|
|||||||||||||
|
|
sin ßcosa = y |
[sin (a + ß)—sin (a —ß)], |
|
||||||||||||
|
|
cos a cos ß = у |
[ cos (a + ß) + cos (a —ß)], |
|
sin a sin ß = —y [ cos (a + ß)—cos (a —ß)].
§ 122. Введение вспомогательного угла. Часто при преобразовании тригонометрических выражений исполь