正弦和余弦的加减公式

在具有支腿a、b和斜边c以及角α相对边a的直角三角形中,三角函数正弦余弦定义为

sinα=a/c,cosα=b/c。

该定义仅涵盖锐角α的情况:0<α<90°.因此,最初这两个函数都只为α的那些值定义。有充分的理由将这两个函数扩展到角度的其他值,但要这样做,即使是0或90°,也需要额外的定义。在没有适当扩展的情况下,定义只允许导出受角度限制的公式。例如,直接从定义来看,

sin(90°-α)=cosα,cos(90°–α)=sinα,

对于0<α<90°,因为α的这些限制也意味着对90°-α: 0 < 90°-α < 90°.

我们在这里关注的是说明两对公式,称为正弦和余弦加减公式,即sin(α±β)和cos(α±±β)的公式,其中涉及的所有角度都满足基本限制:

 0<α,β,α+β,<90°,用于加法,以及
 0<α,β,α-β<90°,用于减法。

当然,在对定义进行通用扩展后,公式对两个角度的所有值都适用。

所以,给定两个直角三角形,一个是角α,另一个是角度β。为了进行几何说明,我们需要将这些三角形以某种方式组合在一起,使角度α和β组合突出。如中所建议[Gelfand&Saul公司第126页],只有三种方法:

 

第三个是推导的基础的公式sin(α±β)。我们将下面的图表扩展为没有文字的证明对于sin(α-β)cos(α-β)[津巴]第一个是用来说明加法公式的[Gelfand&Saul公司第127-128页]。中间的一个可以通过三角形面积公式.

sin(α+β)和cos(α+α)的公式

 sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ。
 cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ。

sin(α-β)和cos(α-α)的公式

 sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ。
 cos(α-β)=cosαcosβ+sinαsinβ。

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ的另一个证明

下一个证明依赖于图表:

从定义正弦事实三角形的面积是高度和底的乘积的一半,因此三角形的are是任意两边乘以夹角sin的乘积。对于图中的三个三角形,我们有

2年c(c)=c(d cosβ)sinα,
2年d日=d(c cosα)sinβ,
2年=cd-sin(α+β)。

取消cd后,给出正弦的加法公式。

观察到在这个证明中,α+β不一定是急性的。(本证明与类似证明sin(α-β)-均由S.Kung创作-也出现在[内尔森,第30页]。它也在[内尔森二世第39页],归于C.Brueningsen。四个公式中没有单词的另一组证明出现在单独的页面J.Molokach的最新修改也已放置分别地.)

工具书类

  1. I.M.Gelfand、M.Saul、,三角学,Birkhäuser,2001年
  2. R.B.内尔森,无文字证明,MAA,1993年
  3. R.B.内尔森,无词证明II,MAA,2000年
  4. J.Zimba,关于勾股定理三角证明的可能性,几何论坛,第9卷(2009)275-278

三角学

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