Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Калнин Р.А. Алгебра и элементарные функции учебник для средних специальных учебных заведений

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.72 Mб
Скачать

(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-

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 является двойным по отношению к углу 2х, а потому

sin 4х= 2 sin • 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 + ß) + cos —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 = —

 

 

 

 

 

-----f

 

 

&

 

&

 

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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ