Преобразование тригонометрических выражений

Рассмотрены методы преобразования тригонометрических выражений, включая вывод формул для тройного угла и выражение функций через тангенс половинного аргумента.

Выражение синуса тройного угла

Формула синуса тройного угла выводится с использованием формулы синуса суммы и формул двойного угла.

  • Исходное выражение: sin(3α) = sin(2α + α).
  • Применяем формулу синуса суммы: sin(2α)cosα + cos(2α)sinα.
  • Раскрываем по формулам двойного угла (sin2α = 2sinαcosα, cos2α = 1 – 2sin²α): 2sinαcos²α + (1 – 2sin²α)sinα.
  • Заменяем cos²α на (1 – sin²α) и упрощаем: 2sinα(1 – sin²α) + sinα – 2sin³α = 3sinα – 4sin³α.

Получена итоговая формула: sin(3α) = 3sinα – 4sin³α.

Выражение через тангенс половинного угла

Тригонометрические функции полного угла можно выразить через тангенс половинного угла, что полезно в математическом анализе.

Для синуса:

  • sinα = 2sin(α/2)cos(α/2).
  • Делим числитель и знаменатель (в качестве которого записываем тригонометрическую единицу sin²(α/2)+cos²(α/2)) на cos²(α/2).
  • В результате получаем: sinα = (2tg(α/2)) / (1 + tg²(α/2)).

Для косинуса:

  • cosα = cos²(α/2) – sin²(α/2).
  • Аналогично делим числитель и знаменатель (тригонометрическую единицу) на cos²(α/2).
  • В результате получаем: cosα = (1 – tg²(α/2)) / (1 + tg²(α/2)).

Решение тригонометрического уравнения

Рассмотрено уравнение вида cos x · cos 4x = -1. Ключевой факт для решения — модули косинусов не превышают 1, поэтому произведение может равняться -1 только в двух случаях.

Случай 1:

  • cos x = -1, cos 4x = 1.
  • Решения: x = π + 2πn, 4x = 2πk → x = πk/2.
  • На единичной окружности общая точка для этих серий — x = π + 2πn.

Случай 2:

  • cos x = 1, cos 4x = -1.
  • Решения: x = 2πn, 4x = π + 2πk → x = π/4 + πk/2.
  • На единичной окружности общих точек у этих серий нет.

Единственное решение уравнения: x = π + 2πn, n ∈ Z.