Matematika/Trigonometrinės formulės

Iš testwiki.
Pereiti į navigaciją Jump to search

Pagrindinių trigonometrinių formulių įrodymai

Įrodysime pagrindines trigonometrines formules, iš kurių išplaukia daug kitų trigonometrinių formulių.
1 pav. Vienetinis apskritimas, kuriame yra pažymėti 2 kampai ir tų kampų skirtumo kampas.
Vienetiniame apskritime pažymėkime taškus Pα,Pβ,Pα−β ir P0 (1 pav.). Remdamiesi sinuso ir kosinuso apibrėžimais, tų taškų koordinates galime užrašyti šitaip:
Pα(cos⁡α;sin⁡α);Pβ(cos⁡β;sin⁡β);
Pα−β(cos⁡(α−β);sin⁡(α−β));P0(1;0).(0)
Kadangi lankai PαPβ ir Pα−βP0 yra lygūs, tai atkarpos PαPβ ilgis lygus atkarpos Pα−βP0 ilgiui. Šį teiginį galime užrašyti atstumo tarp dviejų taškų, nurodytų jų koordinatėmis (žr. (0)), formule:
(cos⁡α−cos⁡β)2+(sin⁡α−sin⁡β)2=(cos⁡(α−β)−cos⁡0)2+(sin⁡(α−β)−sin⁡0)2
arba
(cos⁡α−cos⁡β)2+(sin⁡α−sin⁡β)2=(cos⁡(α−β)−1)2+sin2(α−β).
Abi šios lygybės puses pakelkime kvadratu ir po to pertvarkykime jas, remdamiesi tapatybe cos2t+sin2t=1:
cos2α−2cos⁡αcos⁡β+cos2β+sin2α−2sin⁡αsin⁡β+sin2β=
=cos2(α−β)−2cos⁡(α−β)+1+sin2(α−β);
(cos2α+sin2α)+(cos2β+sin2β)−2(cos⁡αcos⁡β+sin⁡αsin⁡β)=
=[cos2(α−β)+sin2(α−β)]−2cos⁡(α−β)+1;
2−2(cos⁡αcos⁡β+sin⁡αsin⁡β)=2−2cos⁡(α−β).
Iš čia gauname skirtumo kosinuso formulę:
cos⁡(α−β)=cos⁡αcos⁡β+sin⁡αsin⁡β.(1)
Iš lygybių cos⁡(−β)=cos⁡β ir sin⁡(−β)=−sin⁡β bei (1) formulės išplaukia:
cos⁡(α+β)=cos⁡(α−(−β))=cos⁡αcos⁡(−β)+sin⁡αsin⁡(−β)=
=cos⁡αcos⁡β−sin⁡αsin⁡β.
Taigi sumos kosinuso formulė yra tokia:
cos⁡(α+β)=cos⁡αcos⁡β−sin⁡αsin⁡β.(1.2)
Į formulę (1) įstačius π2 vietoje α ir įstačius α vietoje β gausime
cos⁡(π2−α)=cos⁡π2cos⁡α+sin⁡π2sin⁡α=sin⁡α.
Gautoje formulėje
sin⁡α=cos⁡(π2−α)(2)
įstačius α+β vietoje α, gausime
sin⁡(α+β)=cos⁡(π2−α−β)=cos⁡((π2−α)−β).
Toliau į (1) formulę įstačius π2−α vietoje α, gausime
sin⁡(α+β)=cos⁡((π2−α)−β)=
=cos⁡(π2−α)cos⁡β+sin⁡(π2−α)sin⁡β=
=sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡β.
Pasinaudojome formule
sin⁡(π2−α)=cos⁡α,(3)
kuri išplaukia iš formulės (2) įstačius į ją π2−α vietoje α; tada
[sin⁡α=cos⁡(π2−α)(2)]
sin⁡(π2−α)=cos⁡(π2−(π2−α))=cos⁡α.
Taigi, gavome formulę (3) ir formulę
sin⁡(α+β)=sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡β.(4)
Iš (4) formulės gauname:
sin⁡(α−β)=sin⁡(α+(−β))=sin⁡αcos⁡(−β)+cos⁡αsin⁡(−β)=
=sin⁡αcos⁡β−cos⁡αsin⁡β.
Todėl
sin⁡(α−β)=sin⁡αcos⁡β−cos⁡αsin⁡β.(5)
Iš (1.2) ir (4) formulės išplaukia
tan⁡(α+β)=sin⁡(α+β)cos⁡(α+β)=sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡βcos⁡αcos⁡β−sin⁡αsin⁡β.
Padaliję šios lygybės dešiniosios pusės skaitiklį ir vardiklį iš cos⁡αcos⁡β, gauname:
tan⁡(α+β)=tan⁡α+tan⁡β1−tan⁡αtan⁡β.(6)
Pagaliau (iš to, kad tg(−α)=−tgα)
tan⁡(α−β)=tan⁡(α+(−β))=tan⁡α+tan⁡(−β)1−tan⁡αtan⁡(−β)=tan⁡α−tan⁡β1+tan⁡αtan⁡β.
Todėl
tan⁡(α−β)=tan⁡α−tan⁡β1+tan⁡αtan⁡β.(7)

Redukcijos formulės

u π2+α π+α 3π2+α −α π2−α π−α 3π2−α
sin⁡u cos⁡α −sin⁡α −cos⁡α −sin⁡α cos⁡α sin⁡α −cos⁡α
cos⁡u −sin⁡α −cos⁡α sin⁡α cos⁡α sin⁡α −cos⁡α −sin⁡α
tg⁡u −ctg⁡α tg⁡α −ctg⁡α −tg⁡α ctg⁡α −tg⁡α ctg⁡α
ctg⁡u −tg⁡α ctg⁡α −tg⁡α −ctg⁡α tg⁡α −ctg⁡α tg⁡α

Tangentas ir kotangentas ant vienetinio apskritimo

1 pav. Tangentas ant vienetinio apskritimo.
2 pav. Kotangentas ant vienetinio apskritimo.
Trigonometrines funkcijas tg⁡x ir ctg⁡x negalima vaizdžiai parodyti kaip atkarpas ant ašių Ox ir Oy, esančias vienetiniame apskritime. Kad juos parodyti pasielgsime štai kaip.
Nagrinėkime vienetinį apskritimą ir jo liestinę pereinančią per tašką M0 (1 pav.). Tegu apskritimo taškas Pα atitinka realiajam skaičiui α (arba kampui α radianų). Pagal apibrėžimą tg⁡α=PαBOB. Iš trikampių OPαB ir OTM0 panašumo seka, kad PαBOB=TM0OM0=TM01=TM0, t. y. tg⁡α=TM0, arba T(1;tg⁡α). Skaičių ašis M0T vadinama tangentų linija (arba tangentų ašimi). Analogiškai, atkarpa QM0 yra tangentas skaičiaus β.
Panašiai sudaroma linija (arba ašis) kotangentų (2 pav.). Kadangi ΔOPαB ~ ΔQOD (trikampiai OPαB ir QOD panašūs), tai ctg⁡α=OBPαB=QDOD=QD1=QD, t. y. ctg⁡α=QD, arba Q(ctg⁡α;1).

Nuorodos