Grįžti į temą

Pagrindinės trigonometrinės tapatybės

Orientacinė trukmė: ~25 min

Pagrindinės trigonometrinės tapatybės

Pagrindinė trigonometrinė tapatybė

Svarbiausia trigonometrinė tapatybė, galiojanti visiems kampams α\alpha:

sin2α+cos2α=1\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1

Iš jos galima išreikšti:

  • sin2α=1cos2α\sin^2\alpha = 1 - \cos^2\alpha
  • cos2α=1sin2α\cos^2\alpha = 1 - \sin^2\alpha

Taip pat naudingos tapatybės:

tanα=sinαcosα,cosα0\tan\alpha = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}, \quad \cos\alpha \neq 0

1+tan2α=1cos2α,cosα01 + \tan^2\alpha = \frac{1}{\cos^2\alpha}, \quad \cos\alpha \neq 0

Sudėties ir skirtumo formulės

Sinuso sudėties formulės

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta

sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ\sin(\alpha - \beta) = \sin\alpha\cos\beta - \cos\alpha\sin\beta

Kosinuso sudėties formulės

cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ\cos(\alpha + \beta) = \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta

cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha\cos\beta + \sin\alpha\sin\beta

Tangento sudėties formulės

tan(α+β)=tanα+tanβ1tanαtanβ\tan(\alpha + \beta) = \frac{\tan\alpha + \tan\beta}{1 - \tan\alpha\tan\beta}

tan(αβ)=tanαtanβ1+tanαtanβ\tan(\alpha - \beta) = \frac{\tan\alpha - \tan\beta}{1 + \tan\alpha\tan\beta}

Dvigubo kampo formulės

Kai β=α\beta = \alpha, sudėties formulės virsta dvigubo kampo formulėmis:

sin2α=2sinαcosα\sin 2\alpha = 2\sin\alpha\cos\alpha

cos2α=cos2αsin2α\cos 2\alpha = \cos^2\alpha - \sin^2\alpha

Kosinuso dvigubo kampo formulę galima perrašyti dar dviem būdais:

cos2α=2cos2α1=12sin2α\cos 2\alpha = 2\cos^2\alpha - 1 = 1 - 2\sin^2\alpha

tan2α=2tanα1tan2α\tan 2\alpha = \frac{2\tan\alpha}{1 - \tan^2\alpha}

Iš dvigubo kampo formulių galima gauti pusės kampo ryšius:

cos2α=1+cos2α2,sin2α=1cos2α2\cos^2\alpha = \frac{1 + \cos 2\alpha}{2}, \qquad \sin^2\alpha = \frac{1 - \cos 2\alpha}{2}

Redukcijos formulės

Redukcijos formulės leidžia bet kokio kampo trigonometrines funkcijas išreikšti per pirmojo ketvirčio kampą.

FormulėRezultatas
sin(πα)\sin(\pi - \alpha)sinα\sin\alpha
cos(πα)\cos(\pi - \alpha)cosα-\cos\alpha
sin(π+α)\sin(\pi + \alpha)sinα-\sin\alpha
cos(π+α)\cos(\pi + \alpha)cosα-\cos\alpha
sin(π2α)\sin\left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right)cosα\cos\alpha
cos(π2α)\cos\left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right)sinα\sin\alpha
sin(2πα)\sin(2\pi - \alpha)sinα-\sin\alpha
cos(2πα)\cos(2\pi - \alpha)cosα\cos\alpha

Taisyklė: jei argumentas yra π2±α\frac{\pi}{2} \pm \alpha arba 3π2±α\frac{3\pi}{2} \pm \alpha, funkcija keičiasi (sin → cos, cos → sin). Jei π±α\pi \pm \alpha arba 2π±α2\pi \pm \alpha – funkcija nesikeičia. Ženklas nustatomas pagal pradinės funkcijos ženklą atitinkamame ketvirtyje.

Pavyzdys 1

Supaprastinkite reiškinį sin2x+cos2x+tan2x\sin^2 x + \cos^2 x + \tan^2 x.

sin2x+cos2x+tan2x=1+tan2x=1cos2x\sin^2 x + \cos^2 x + \tan^2 x = 1 + \tan^2 x = \frac{1}{\cos^2 x}

Pavyzdys 2

Apskaičiuokite sin75°\sin 75°.

sin75°=sin(45°+30°)=sin45°cos30°+cos45°sin30°\sin 75° = \sin(45° + 30°) = \sin 45°\cos 30° + \cos 45°\sin 30°

=2232+2212=6+24= \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}

Pavyzdys 3

Apskaičiuokite cos2α\cos 2\alpha, jei sinα=35\sin\alpha = \dfrac{3}{5}.

cos2α=12sin2α=12925=11825=725\cos 2\alpha = 1 - 2\sin^2\alpha = 1 - 2 \cdot \frac{9}{25} = 1 - \frac{18}{25} = \frac{7}{25}

Pavyzdys 4

Supaprastinkite: sin2α1+cos2α\dfrac{\sin 2\alpha}{1 + \cos 2\alpha}.

Skaitiklį išskleisti dvigubo kampo formule, vardiklį – taip pat:

sin2α1+cos2α=2sinαcosα1+2cos2α1=2sinαcosα2cos2α=sinαcosα=tanα\frac{\sin 2\alpha}{1 + \cos 2\alpha} = \frac{2\sin\alpha\cos\alpha}{1 + 2\cos^2\alpha - 1} = \frac{2\sin\alpha\cos\alpha}{2\cos^2\alpha} = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} = \tan\alpha

Pavyzdys 5

Įrodykite, kad cos(α+β)cos(αβ)=cos2αsin2β\cos(\alpha + \beta)\cos(\alpha - \beta) = \cos^2\alpha - \sin^2\beta.

Kairė pusė:

(cosαcosβsinαsinβ)(cosαcosβ+sinαsinβ)(\cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta)(\cos\alpha\cos\beta + \sin\alpha\sin\beta)

=cos2αcos2βsin2αsin2β= \cos^2\alpha\cos^2\beta - \sin^2\alpha\sin^2\beta

Pakeičiame cos2β=1sin2β\cos^2\beta = 1 - \sin^2\beta ir sin2α=1cos2α\sin^2\alpha = 1 - \cos^2\alpha:

=cos2α(1sin2β)(1cos2α)sin2β= \cos^2\alpha(1 - \sin^2\beta) - (1 - \cos^2\alpha)\sin^2\beta

=cos2αcos2αsin2βsin2β+cos2αsin2β=cos2αsin2β= \cos^2\alpha - \cos^2\alpha\sin^2\beta - \sin^2\beta + \cos^2\alpha\sin^2\beta = \cos^2\alpha - \sin^2\beta

Savarankiško darbo užduotys

  1. Supaprastinkite: sinαcosα+cosαsinα\dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha} + \dfrac{\cos\alpha}{\sin\alpha}. Užrašykite atsakymą kaip vieną trupmeną.

  2. Žinoma, kad cosα=513\cos\alpha = -\dfrac{5}{13} ir α(π;  3π2)\alpha \in (\pi;\;\frac{3\pi}{2}). Raskite sinα\sin\alpha ir tanα\tan\alpha.

  3. Apskaičiuokite cos15°\cos 15°, naudodami sudėties formulę (cos(45°30°)\cos(45° - 30°)).

  4. Apskaičiuokite sin2α\sin 2\alpha, jei cosα=45\cos\alpha = \dfrac{4}{5} ir α\alpha yra I ketvirtyje.

  5. Supaprastinkite: cos4xsin4x\cos^4 x - \sin^4 x.

  6. Įrodykite tapatybę: 1cos2αsin2α=tanα\dfrac{1 - \cos 2\alpha}{\sin 2\alpha} = \tan\alpha.

  7. Apskaičiuokite tan75°\tan 75°, naudodami tangento sudėties formulę.

  8. Supaprastinkite: sin(π2+α)+cos(π+α)\sin\left(\dfrac{\pi}{2} + \alpha\right) + \cos(\pi + \alpha).

  9. Raskite cos2α\cos 2\alpha, jei tanα=2\tan\alpha = 2.

  10. Apskaičiuokite tikslią reikšmę: sin20°cos40°+cos20°sin40°\sin 20°\cos 40° + \cos 20°\sin 40°.