Шаблон:Тригонометрія
Тригонометричні тотожності — математичні вирази з тригонометричними функціями , що виконуються для всіх значень аргумента зі спільної області визначення.
Основні позначення
Кути
В цій статті кути позначені грецькими буквами α , β , γ і т. д. Величину кута найчастіше задають в градусах або радіанах :
1 повне коло = 360 градусів = 2π радіан
В наступній таблиці наведено спвівідношення між значеннями в градусах і радіанах для деяких кутів
Градуси
30°
60°
120°
150°
210°
240°
300°
330°
Радіани
π 6
π 3
2 π 3
5 π 6
7 π 6
4 π 3
5 π 3
1 1 π 6
Градуси
45°
90°
135°
180°
225°
270°
315°
360°
Радіани
π 4
π 2
3 π 4
π
5 π 4
3 π 2
7 π 4
2 π
Якщо не сказано інакше, то всі кути задано у радіанах, а кути, що закінчуються символом (°) — в градусах.
Тригонометричні функції
Шаблон:Main
У статті будуть наведені співвідношення та тотожності для шести основних тригонометричних функцій:
синус sin α ,
косинус cos α ,
тангенс tg α = sin α cos α , α ≠ π 2 + π n , n ∈ ℤ ,
котангенс ctg α = cos α sin α , α ≠ π n , n ∈ ℤ ,
секанс sec α = 1 cos α , α ≠ π 2 + π n , n ∈ ℤ ,
косеканс csc α = 1 sin α , α ≠ π n , n ∈ ℤ ,
В англомовній літературі тангенс та котангенс зазвичай позначають tan α та cot α , відповідно.
Обернені тригонометричні функції
Шаблон:Main
Обернені тригонометричні функції це такі функції, композиція яких зі звичайними тригонометричними функціями дає тотожне відображення. Наприклад, функція обернена до синуса, відома як обернений синус (sin−1 ) або арксинус (arcsin or asin), задовольняє співвідношення
sin ( arcsin x ) = x , | x | ≤ 1
та
arcsin ( sin x ) = x , | x | ≤ π 2 .
Тригонометричні функції та обернені до них наведені в наступній таблиці:
Функція
sin
cos
tg
ctg
sec
csc
Обернена
arcsin
arccos
arctg
arcctg
arcsec
arccsc
Екзотичні тригонометричні функції
Шаблон:Main
Крім основних шести, також використовують інші тригонометричні функції кута. Їх використовували раніше при розв'язуванні різних навігаційних задач, однак з розвитком обчислювальної техніки вони втратили свою актуальність.
Назва
Скорочене позн.
Значення
синус-верзус
versin ( θ ) vers ( θ ) ver ( θ )
1 − cos ( θ )
косинус-верзус
vercosin ( θ )
1 + cos ( θ )
коверсинус
coversin ( θ ) cvs ( θ )
1 − sin ( θ )
коверкосинус
covercosin ( θ )
1 + sin ( θ )
гаверсинус
haversin ( θ )
1 − cos ( θ ) 2
гаверкосинус
havercosin ( θ )
1 + cos ( θ ) 2
когаверсинус
hacoversin ( θ )
1 − sin ( θ ) 2
когаверкосинус
hacovercosin ( θ )
1 + sin ( θ ) 2
ексеканс
exsec ( θ )
sec ( θ ) − 1
екскосеканс
excsc ( θ )
csc ( θ ) − 1
хорда
crd ( θ )
2 sin θ 2
Таблиці значень тригонометричних функцій
Значення тригонометричних функцій для найпоширеніших значень кутів (в радіанах)
0
π 6
π 4
π 3
π 2
2 π 3
3 π 4
5 π 6
π
3 π 2
sin α =
0
1 2
2 2
3 2
1
3 2
2 2
1 2
0
− 1
cos α =
1
3 2
2 2
1 2
0
− 1 2
− 2 2
− 3 2
− 1
0
tg α =
0
3 3
1
3
± ∞
− 3
− 1
− 3 3
0
± ∞
ctg α =
± ∞
3
1
3 3
0
− 3 3
− 1
− 3
± ∞
0
В тих точках, де значення тангенса та котангенса прямують до нескінченності знак залежить від того з якого боку до цієї точки ми підходимо.
Для тангенса — якщо справа, то + ∞ , а якщо зліва, то − ∞ . Для котангенса навпаки.
Значення тригонометричних функцій для деяких кутів
π 1 6
π 1 5
π 1 2
π 1 0
π 8
π 5
sin α =
2 − 2 + 2 2
1 0 + 2 5 + 3 ( 1 − 5 ) 8
2 − 3 2
5 − 1 4
2 − 2 2
5 − 5 8
cos α =
2 + 2 + 2 2
3 1 0 + 2 5 + 5 − 1 8
2 + 3 2
5 + 5 8
2 + 2 2
5 + 1 4
Основні тригонометричні формули
Основні формули
sin 2 α + cos 2 α = 1
(1)
tg 2 α + 1 = 1 cos 2 α = sec 2 α
(2)
ctg 2 α + 1 = 1 sin 2 α = csc 2 α
(3)
Формула (1) є наслідком теореми Піфагора (Тригонометрична тотожність Піфагора ). Формули (2) і (3) добуваються діленням формули (1) на cos 2 α та sin 2 α відповідно.
Співвідношення між основними тригонометричними функціями
Кожна з тригонометричних функцій виражена через п'ять інших.
sin α
cos α
tg α
csc α
sec α
ctg α
sin α =
sin α
± 1 − cos 2 α
± tg α 1 + tg 2 α
1 csc α
± sec 2 α − 1 sec α
± 1 1 + ctg 2 α
cos α =
± 1 − sin 2 α
cos α
± 1 1 + tg 2 α
± csc 2 α − 1 csc α
1 sec α
± ctg α 1 + ctg 2 α
tg α =
± sin α 1 − sin 2 α
± 1 − cos 2 α cos α
tg α
± 1 csc 2 α − 1
± sec 2 α − 1
1 ctg α
csc α =
1 sin α
± 1 1 − cos 2 α
± 1 + tg 2 α tg α
csc α
± sec α sec 2 α − 1
± 1 + ctg 2 α
sec α =
± 1 1 − sin 2 α
1 cos α
± 1 + tg 2 α
± csc α csc 2 α − 1
sec α
± 1 + ctg 2 α ctg α
ctg α =
± 1 − sin 2 α sin α
± cos α 1 − cos 2 α
1 tg α
± csc 2 α − 1
± 1 sec 2 α − 1
ctg α
Формули зведення
Сукупність формул, що відображають симетрію тригонометричних функцій відносно певних значень кутів, перетворення при зсуві аргументу на деякий кут, а також періодичність тригонометричних функцій.
Симетрія
Виконуються такі співвідношення:
Симетрія відносно кута α = 0
Симетрія відносно α = π / 2 (співвідношення між ко-функціями)
Симетрія відносно α = π
sin ( − α ) = − sin α cos ( − α ) = + cos α tg ( − α ) = − tg α csc ( − α ) = − csc α sec ( − α ) = + sec α ctg ( − α ) = − ctg α
sin ( π 2 − α ) = + cos α cos ( π 2 − α ) = + sin α tg ( π 2 − α ) = + ctg α csc ( π 2 − α ) = + sec α sec ( π 2 − α ) = + csc α ctg ( π 2 − α ) = + tg α
sin ( π − α ) = + sin α cos ( π − α ) = − cos α tg ( π − α ) = − tg α csc ( π − α ) = + csc α sec ( π − α ) = − sec α ctg ( π − α ) = − ctg α
Зсув та періодичність
Співвідношення часто використовують для спрощення обчислень.
Зсув на π/2
Зсув на π Період tg і ctg
Зсув на 2π Період sin, cos, csc і sec
sin ( α + π 2 ) = + cos α cos ( α + π 2 ) = − sin α t g ( α + π 2 ) = − ctg α csc ( α + π 2 ) = + sec α sec ( α + π 2 ) = − csc α c t g ( α + π 2 ) = − tg α
sin ( α + π ) = − sin α cos ( α + π ) = − cos α t g ( α + π ) = + tg α csc ( α + π ) = − csc α sec ( α + π ) = − sec α c t g ( α + π ) = + ctg α
sin ( α + 2 π ) = + sin α cos ( α + 2 π ) = + cos α t g ( α + 2 π ) = + tg α csc ( α + 2 π ) = + csc α sec ( α + 2 π ) = + sec α c t g ( α + 2 π ) = + ctg α
Формули для суми аргументів
Візуалізація формули (6)
Формули для суми аргументів
sin ( α ± β ) = sin α cos β ± cos α sin β
(5)
cos ( α ± β ) = cos α cos β ∓ sin α sin β
(6)
t g ( α ± β ) = t g α ± t g β 1 ∓ t g α t g β
(7)
ctg ( α ± β ) = c t g α c t g β ∓ 1 c t g α ± c t g β
Формула (7) отримана діленням (5) на (6) .
Синус і косинус від нескінченної суми
sin ( ∑ i = 1 ∞ α i ) = ∑ k = 0 ∞ ( − 1 ) k ∑ A ⊆ { 1 , 2 , 3 , … } | A | = 2 k + 1 ( ∏ i ∈ A sin α i ∏ i ∉ A cos α i ) ,
cos ( ∑ i = 1 ∞ α i ) = ∑ k = 0 ∞ ( − 1 ) k ∑ A ⊆ { 1 , 2 , 3 , … } | A | = 2 k ( ∏ i ∈ A sin α i ∏ i ∉ A cos α i ) .
У правих частинах рівності суму взято по всіх підмножинах натуральних чисел з 2k+1 або 2k елементів відповідно.
Тангенси від сум аргументів
Нехай e k = e k ( x 1 , … , x n ) , k = 0 , 1 , 2 , … , n = 1 , 2 , 3 … , — елементарні симетричні многочлени степеня k від n змінних
x i = tg α i i = 1 , 2 , … , n .
Наприклад:
e 0 = 1 ,
e 1 = ∑ i = 1 n x i = ∑ i tg α i ,
e 2 = ∑ 1 ≤ i < j ≤ n x i x j = ∑ i < j tg α i tg α j ,
e 3 = ∑ 1 ≤ i < j < k ≤ n x i x j x k = ∑ i < j < k tg α i tg α j tg α k .
Тоді
tg ( ∑ i = 1 2 k α i ) = e 1 − e 3 + e 5 − ⋯ + ( − 1 ) k + 1 e 2 k − 1 e 0 − e 2 + e 4 − ⋯ + ( − 1 ) k e 2 k = ∑ i = 1 k ( − 1 ) i + 1 e 2 i − 1 ∑ i = 0 k ( − 1 ) i e 2 i ,
tg ( ∑ i = 1 2 k + 1 α i ) = e 1 − e 3 + e 5 − ⋯ + ( − 1 ) k e 2 k + 1 e 0 − e 2 + e 4 − ⋯ + ( − 1 ) k e 2 k = ∑ i = 1 k ( − 1 ) i e 2 i + 1 ∑ i = 0 k ( − 1 ) i e 2 i .
Наприклад:
t g ( α 1 + α 2 ) = e 1 e 0 − e 2 = x 1 + x 2 1 − x 1 x 2 = t g α 1 + t g α 2 1 − t g α 1 t g α 2 , t g ( α 1 + α 2 + α 3 ) = e 1 − e 3 e 0 − e 2 = ( x 1 + x 2 + x 3 ) − ( x 1 x 2 x 3 ) 1 − ( x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 2 x 3 ) = t g α 1 + t g α 2 + t g α 3 − t g α 1 t g α 2 t g α 3 1 − ( t g α 1 t g α 2 + t g α 1 t g α 3 + t g α 2 t g α 3 ) , t g ( α 1 + α 2 + α 3 + α 4 ) = e 1 − e 3 e 0 − e 2 + e 4 = ( x 1 + x 2 + x 3 + x 4 ) − ( x 1 x 2 x 3 + x 1 x 2 x 4 + x 1 x 3 x 4 + x 2 x 3 x 4 ) 1 − ( x 1 x 2 + x 1 x 3 + x 1 x 4 + x 2 x 3 + x 2 x 4 + x 3 x 4 ) + ( x 1 x 2 x 3 x 4 )
і так далі.
Секанс і косеканс від суми аргументів
sec ( ∑ i n α i ) = ∏ i n sec α i e 0 − e 2 + e 4 − ⋯ = ∏ i n sec α i ∑ 0 ≤ 2 k ≤ n ( − 1 ) k e 2 k csc ( ∑ i n α i ) = ∏ i n sec α i e 1 − e 3 + e 5 − ⋯ = ∏ i n sec α i ∑ 1 ≤ 2 k + 1 ≤ n ( − 1 ) k e 2 k + 1
де e k — елементарні симетричні многочлени степеня k від n змінних (дивись пункт тангенси від сум аргументів )
x i = tg α i i = 1 , 2 , … , n .
Наприклад,
sec ( α + β + γ ) = sec α sec β sec γ 1 − t g α t g β − t g α t g γ − t g β t g γ , csc ( α + β + γ ) = sec α sec β sec γ t g α + t g β + t g γ − t g α t g β tg γ .
Формули подвійного кута
Формули подвійного кута виведені з формул (5) , (6) і (7) , якщо взяти кут β рівним α:
Формули подвійного кута
s i n 2 α = 2 sin α cos α
(23)
c o s 2 α = cos 2 α − sin 2 α = 2 cos 2 α − 1 = 1 − 2 sin 2 α = 1 − t g 2 α 1 + t g 2 α
(24)
t g 2 α = 2 t g α 1 − t g 2 α = 2 ctg α − tg α
(25)
c t g 2 α = c t g 2 α − 1 2 c t g α = ctg α − tg α 2
Формули потрійного кута
Формули потрійного кута
sin 3 α = 3 sin α − 4 sin 3 α = 4 sin α sin ( π 3 − α ) sin ( π 3 + α )
cos 3 α = 4 cos 3 α − 3 cos α = 4 cos α cos ( π 3 − α ) cos ( π 3 + α )
tg 3 α = 3 tg α − tg 3 α 1 − 3 tg 2 α = t g α tg ( π 3 − α ) tg ( π 3 + α )
ctg 3 α = 3 ctg α − ctg 3 α 1 − 3 ctg 2 α = c t g α ctg ( π 3 − α ) ctg ( π 3 + α )
Формули кратних кутів
Формули кратних кутів
sin ( n α ) = ∑ k = 0 [ n / 2 ] ( − 1 ) k ( n 2 k + 1 ) cos n − 2 k − 1 α sin 2 k + 1 α
cos ( n α ) = ∑ k = 0 [ n / 2 ] ( − 1 ) k ( n 2 k ) cos n − 2 k α sin 2 k α
t g ( n α ) = sin ( n α ) cos ( n α ) = ∑ k = 0 [ n / 2 ] ( − 1 ) k ( n 2 k + 1 ) tg 2 k + 1 α ∑ k = 0 [ n / 2 ] ( − 1 ) k ( n 2 k ) tg 2 k α
c t g ( n α ) = cos ( n α ) sin ( n α ) = ∑ k = 0 [ n / 2 ] ( − 1 ) k ( n 2 k ) ctg n − 2 k α ∑ k = 0 [ n / 2 ] ( − 1 ) k ( n 2 k + 1 ) ctg n − 2 k − 1 α
де [ n ] — ціла частина числа n , ( n k ) — біноміальний коефіцієнт .
Шаблон:Hider
Ітераційні формули
sin ( n + 1 ) α = 2 sin α cos n α + sin ( n − 1 ) α ,
cos ( n + 1 ) α = 2 cos α cos n α + cos ( n − 1 ) α .
t g ( n + 1 ) α = t g ( n α ) + tg α 1 − t g ( n α ) tg α .
c t g ( n + 1 ) α = c t g ( n α ) ctg α − 1 c t g ( n α ) + ctg α .
З використанням спеціальних многочленів
Мають місце такі співвідношення:
cos n α = T n ( cos α ) , sin 2 n α = 1 − T n ( 1 − 2 sin 2 α ) 2 ,
де T n ( x ) — поліном Чебишова першого роду степеня n.
Зображення у вигляді скінченних добутків
sin 2 m α = 2 m sin α cos α ∏ k = 1 m − 1 ( 1 − sin 2 α sin 2 π k 2 m ) , cos 2 m α = ∏ k = 1 m ( 1 − sin 2 α sin 2 π ( 2 k − 1 ) 4 m ) , m ∈ ℕ ,
sin ( 2 m − 1 ) α = ( 2 m − 1 ) sin α ∏ k = 1 m − 1 ( 1 − sin 2 α sin 2 π k 2 m − 1 ) , cos ( 2 m − 1 ) α = cos α ∏ k = 1 m ( 1 − sin 2 α sin 2 π ( 2 k − 1 ) 2 ( 2 m − 1 ) ) , m ∈ ℕ ,
sin n α = 2 n − 1 ∏ k = 0 n − 1 sin ( α + k π n ) , cos n α = 2 n − 1 ∏ k = 1 n sin ( α + ( 2 k − 1 ) π 2 n ) .
Формули половинного кута
Формули половинного кута
sin α 2 = ± 1 − cos α 2
cos α 2 = ± 1 + cos α 2
tg α 2 = ± 1 − cos α 1 + cos α = 1 − cos α sin α = sin α 1 + cos α
ctg α 2 = ± 1 + cos α 1 − cos α = sin α 1 − cos α = 1 + cos α sin α
Знак перед виразом обрано відповідно до того, до якого квадранту належить кут α 2 .
Формули пониження степеня
Формули пониження степеня виведені з формул подвійного кута :
Синус
Косинус
Інше
sin 2 α = 1 − cos 2 α 2
cos 2 α = 1 + cos 2 α 2
sin 2 α cos 2 α = 1 − cos 4 α 8
sin 3 α = 3 sin α − sin 3 α 4
cos 3 α = 3 cos α + cos 3 α 4
sin 3 α cos 3 α = 3 sin 2 α − sin 6 α 3 2
sin 4 α = 3 − 4 cos 2 α + cos 4 α 8
cos 4 α = 3 + 4 cos 2 α + cos 4 α 8
sin 4 α cos 4 α = 3 − 4 cos 4 α + cos 8 α 1 2 8
sin 5 α = 1 0 sin α − 5 sin 3 α + sin 5 α 1 6
cos 5 α = 1 0 cos α + 5 cos 3 α + cos 5 α 1 6
sin 5 α cos 5 α = 1 0 sin 2 α − 5 sin 6 α + sin 1 0 α 5 1 2
Загальні формули пониження степеня
Загальні формули пониження степеня
sin 2 n α = 1 2 2 n − 1 ( ( 2 n n ) + ∑ k = 0 n ( − 1 ) n + k ( 2 n k ) cos 2 ( n − k ) α )
sin 2 n + 1 α = 1 2 2 n ∑ k = 0 n ( − 1 ) n + k ( 2 n + 1 k ) sin ( 2 ( n − k ) + 1 ) α
cos 2 n α = 1 2 2 n ( ( 2 n n ) + 2 ∑ k = 0 n − 1 ( 2 n k ) cos 2 ( n − k ) α )
cos 2 n + 1 α = 1 2 2 n ∑ k = 0 n ( 2 n + 1 k ) cos ( 2 ( n − k ) + 1 ) α
де ( n k ) — біноміальний коефіцієнт .
Формули перетворення добутків функцій
Формули перетворення добутків функцій
sin α sin β = cos ( α − β ) − cos ( α + β ) 2
(28)
sin α cos β = sin ( α + β ) + sin ( α − β ) 2
(29)
cos α cos β = cos ( α + β ) + cos ( α − β ) 2
(30)
tg α tg β = cos ( α − β ) − cos ( α + β ) cos ( α + β ) + cos ( α − β )
cos α cos β cos γ = cos ( α + β + γ ) + cos ( α − β + γ ) + cos ( α + β − γ ) + cos ( β + γ − α ) 4
(31)
sin α cos β cos γ = sin ( α + β + γ ) + sin ( α − β + γ ) + sin ( α + β − γ ) − sin ( β + γ − α ) 4
(32)
sin α sin β cos γ = − cos ( α + β + γ ) + cos ( α − β + γ ) − cos ( α + β − γ ) − cos ( β + γ − α ) 4
(33)
sin α sin β sin γ = − sin ( α + β + γ ) + sin ( α − β + γ ) + sin ( α + β − γ ) + sin ( β + γ − α ) 4
(34)
Формули перетворення суми функцій
Формули перетворення суми функцій
sin α ± sin β = 2 sin α ± β 2 cos α ∓ β 2
(35)
cos α + cos β = 2 cos α + β 2 cos α − β 2
(36)
cos α − cos β = − 2 sin α + β 2 sin α − β 2
(37)
t g α ± t g β = sin ( α ± β ) cos α cos β
(38)
c t g α ± c t g β = sin ( β ± α ) sin α sin β
(39)
t g α ± c t g β = ± cos ( α ∓ β ) cos α sin β
(40)
t g α + c t g α = 1 cos α sin α = 2 csc 2 α
(41)
t g α − c t g α = − 2 c t g 2 α
(42)
cos α + sin α = 2 cos ( π 4 − α ) = 2 sin ( π 4 + α )
(43)
cos α − sin α = 2 sin ( π 4 − α ) = 2 cos ( π 4 + α )
(43)
Загальні суми
∑ k = 1 n cos ( 2 k − 1 ) α = cos α + cos 3 α + cos 5 α + … + cos ( 2 n − 1 ) α = sin 2 n α 2 sin α , n ≥ 1 ,
∑ k = 0 n sin ( 2 k − 1 ) α = sin α + sin 3 α + sin 5 α + … + sin ( 2 n − 1 ) α = sin 2 n α sin α , n ≥ 1 ,
∑ k = 0 n cos ( φ + k α ) = cos φ + cos ( φ + α ) + cos ( φ + 2 α ) + … + cos ( φ + n α ) = cos ( φ + n α 2 ) sin ( n + 1 ) α 2 sin α 2 , α ≠ 0 , n ≥ 1 ,
∑ k = 0 n sin ( φ + k α ) = sin φ + sin ( φ + α ) + sin ( φ + 2 α ) + … + sin ( φ + n α ) = sin ( φ + n α 2 ) sin ( n + 1 ) α 2 sin α 2 , α ≠ 0 , n ≥ 1 .
∑ k = 0 n cos 2 ( k α ) = 3 + 2 n + csc α sin ( 2 n + 1 ) α 4 , ∑ k = 0 n sin 2 ( k α ) = 1 + 2 n − csc α sin ( 2 n + 1 ) α 4 , n ≥ 1 ,
∑ k = 1 n − 1 k cos ( k α ) = n sin 2 n − 1 2 α 2 sin α 2 − 1 − cos n α 4 sin 2 α 2 , ∑ k = 1 n − 1 k sin ( k α ) = sin n α 4 sin 2 α 2 − n cos 2 n − 1 2 α 2 sin α 2 , n ≥ 2 ,
∑ k = 0 n p k cos ( k α ) = 1 − p cos α − p n + 1 cos ( n + 1 ) α − p n + 2 cos n α 1 − 2 p cos α + p 2 , n ≥ 1 ,
∑ k = 0 n p k sin ( k α ) = p sin α − p n + 1 sin ( n + 1 ) α − p n + 2 sin n α 1 − 2 p cos α + p 2 , n ≥ 1 .
Якщо ж p таке, що | p | < 1 , то при n → ∞ отримуємо
∑ k = 0 ∞ p k cos ( k α ) = 1 − p cos α 1 − 2 p cos α + p 2 , ∑ k = 0 ∞ p k sin ( k α ) = p sin α 1 − 2 p cos α + p 2 .
Ядро Діріхле та ядро Феєра
Сума виду
D n ( x ) = 1 2 + ∑ k = 1 n cos ( k x ) = sin ( ( n + 1 2 ) x ) 2 sin ( x 2 ) .
називається ядром Діріхле .
А функція
Φ n ( x ) = 1 n + 1 ∑ k = 0 n D k ( x ) ,
називається ядром Феєра
Φ n ( x ) = 1 2 ( n + 1 ) ( sin n + 1 2 x sin x 2 ) 2 = 1 2 ( n + 1 ) 1 − cos ( ( n + 1 ) x ) 1 − cos x ,
Вони використані при сумуванні рядів Фур'є .
Зображення через нескінченні добутки
sin x = x ∏ n = 1 ∞ ( 1 − x 2 π 2 n 2 ) , cos x = ∏ n = 1 ∞ ( 1 − x 2 π 2 ( n − 1 2 ) 2 ) ,
Співвдношення за додаткових обмежень на значення кутів
α + β + γ = π ,
тоді
sin 2 α + sin 2 β + sin 2 γ = 4 sin α sin β sin γ ,
sin α + sin β + sin γ = 4 cos α 2 cos β 2 cos γ 2 ,
sin 2 α + sin 2 β + sin 2 γ = 2 cos α cos β cos γ + 2 ,
cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = − 4 cos α cos β cos γ − 1 ,
cos α + cos β + cos γ = 4 sin α 2 sin β 2 sin γ 2 + 1 ,
cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = − 2 cos α cos β cos γ + 1 ,
t g α + t g β + t g γ = t g α t g β t g γ ,
t g β 2 t g γ 2 + t g γ 2 t g α 2 + t g α 2 t g β 2 = 1 ,
c t g α 2 + c t g β 2 + c t g γ 2 = c t g α 2 ⋅ c t g β 2 ⋅ c t g γ 2 ,
c t g α c t g β + c t g β c t g γ + c t g γ c t g α = 1 .
Зауважимо, що наведені вище співвідношення справджуються, якщо α , β , γ — кути деякого трикутника.
α + β + γ = π 2 ,
тоді
c t g ( α ) + c t g ( β ) + c t g ( γ ) = c t g ( α ) c t g ( β ) c t g ( γ ) .
α + β + γ + θ = π ,
тоді
sin ( θ + α ) sin ( α + β ) = sin ( α + β ) sin ( β + γ ) = sin ( β + γ ) sin ( γ + θ ) = sin ( γ + θ ) sin ( θ + α ) = sin ( θ ) sin ( β ) + sin ( α ) sin ( γ ) .
Обернені тригонометричні функції
arcsin ( − x ) = − arcsin ( x ) , arccos ( − x ) = π − arccos ( x ) , arcsin ( x ) + arccos ( x ) = π / 2
a r c t g ( − x ) = − a r c t g ( x ) , a r c c t g ( − x ) = π − a r c c t g ( x ) , a r c t g ( x ) + a r c c t g ( x ) = π / 2 .
a r c t g ( x ) + a r c t g ( 1 / x ) = { π / 2 , x > 0 , − π / 2 , x < 0 .
Зв'язок між оберненими тригонометричними функціями для x>0
arccos
arcsin
a r c t g
a r c c t g
arccos x =
arccos x
π 2 − arcsin x
a r c t g 1 − x 2 x
a r c c t g x 1 − x 2
arcsin x =
π 2 − arccos x
arcsin x
a r c t g x 1 − x 2
a r c c t g 1 − x 2 x
a r c t g x =
arccos 1 1 + x 2
arcsin x 1 + x 2
a r c t g x
a r c c t g 1 x
a r c c t g x =
arccos x 1 + x 2
arcsin 1 1 + x 2
a r c t g 1 x
a r c c t g x
Поєднання тригонометричних та обернених їм функцій
Поєднання тригонометричних та обернених їм функцій
sin [ arccos ( x ) ] = 1 − x 2
t g [ arcsin ( x ) ] = x 1 − x 2
sin [ a r c t g ( x ) ] = x 1 + x 2
t g [ arccos ( x ) ] = 1 − x 2 x
cos [ a r c t g ( x ) ] = 1 1 + x 2
c t g [ arcsin ( x ) ] = 1 − x 2 x
cos [ arcsin ( x ) ] = 1 − x 2
c t g [ arccos ( x ) ] = x 1 − x 2
Додавання обернених тригонометричних функцій
Нехай x , y такі, що | x | ≤ 1 , | y | ≤ 1 , тоді
arcsin ( x ) + arcsin ( y ) = ( − 1 ) ε arcsin ( x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ) + ε π , ε = { 0 , x y ≤ 0 , sgn x , x y > 0 ,
arccos ( x ) + arccos ( y ) = ( − 1 ) ε arccos ( x y − 1 − y 2 1 − x 2 ) + ε π , ε = { 0 , x + y ≥ 0 , 1 , x + y < 0 ,
a r c t g ( x ) + a r c t g ( y ) = arctg ( x + y 1 − x y ) + ε π , ε = { − 1 , x y < 1 , 0 , x y = 1 , 1 , x y > 1 .
Розв'язок найпростіших тригонометричних рівнянь
Шаблон:Див. також
Якщо | a | > 1 — дійсних розв'язків не існує.
Якщо | a | ≤ 1 — розв'язком є число виду x = ( − 1 ) n arcsin a + π n ; n ∈ ℤ .
Якщо | a | > 1 — розв'язків нема.
Якщо | a | ≤ 1 — розв'язком є число виду x = ± arccos a + 2 π n ; n ∈ ℤ .
Розв'язком є число виду x = arctg a + π n ; n ∈ ℤ .
Розв'язком є число виду x = arcctg a + π n ; n ∈ ℤ .
Розв'язок найпростіших тригонометричних нерівностей
Вид нерівності
Множина розв'язків, n ∈ ℤ
sin x > a ( | a | ⩽ 1 )
x ∈ ( arcsin a + 2 π n , π − arcsin a + 2 π n )
sin x < a ( | a | ⩽ 1 )
x ∈ ( − π − arcsin a + 2 π n , arcsin a + 2 π n )
cos x > a ( | a | ⩽ 1 )
x ∈ ( − arccos a + 2 π n , arccos a + 2 π n )
cos x < a ( | a | ⩽ 1 )
x ∈ ( arccos a + 2 π n , 2 π − arccos a + 2 π n )
t g x > a
x ∈ ( a r c t g a + π n , π 2 + π n )
t g x < a
x ∈ ( − π 2 + π n , a r c t g a + π n )
c t g x > a
x ∈ ( π n , a r c c t g a + π n )
c t g x < a
x ∈ ( a r c t g a + π n , π n )
Одна корисна нерівність
Для довільного x з інтервалу [ − π / 2 , π / 2 ] виконуються такі нерівності:
2 π | x | ⩽ | sin ( x ) | ⩽ | x | .
Універсальна тригонометрична підстановка
Шаблон:Main
Тотожності мають зміст лише тоді, коли існують обидві частини (тобто при α ≠ π + 2 π n ).
sin α = 2 tg α 2 1 + tg 2 α 2 , cos α = 1 − tg 2 α 2 1 + tg 2 α 2 , sec α = 1 + tg 2 α 2 1 − tg 2 α 2 ;
tg α = 2 tg α 2 1 − tg 2 α 2 , ctg α = 1 − tg 2 α 2 2 tg α 2 , csc α = 1 + tg 2 α 2 2 tg α 2 .
Допоміжний аргумент (метод Юніса)
a sin x ± b cos x = a 2 + b 2 sin ( x ± arcsin b a 2 + b 2 ) ,
a cos x ± b sin x = a 2 + b 2 cos ( x ∓ arccos a a 2 + b 2 ) ,
b + a t g ( x ) = a 2 + b 2 sin ( x + a r c t g ( b / a ) ) cos x ,
a + b c t g ( x ) = a 2 + b 2 sin ( x + a r c t g ( b / a ) ) sin x .
Перші дві формули можуть бути узагальненими
∑ i = 1 n a i sin ( x + δ i ) = a sin ( x + δ ) ,
де
a 2 = ∑ i , j = 1 n a i a j cos ( δ i − δ j ) , δ = a r c t g ∑ i = 1 n a i sin δ i ∑ i = 1 n a i cos δ i .
Зв'язок з комплексною експонентою
e i x = cos ( x ) + i sin ( x ) , i 2 = − 1 , — формула Ейлера ,
Експоненційне зображення тригонометричних функцій та обернених їм
Функція
Обернена функція
sin θ = e i θ − e − i θ 2 i
arcsin x = − i ln ( i x + 1 − x 2 )
cos θ = e i θ + e − i θ 2
arccos x = i ln ( x − i 1 − x 2 )
tg θ = e i θ − e − i θ i ( e i θ + e − i θ )
arctg x = i 2 ln ( i + x i − x )
csc θ = 2 i e i θ − e − i θ
arccsc x = − i ln ( i x + 1 − 1 x 2 )
sec θ = 2 e i θ + e − i θ
arcsec x = − i ln ( 1 x + 1 − i x 2 )
ctg θ = i ( e i θ + e − i θ ) e i θ − e − i θ
arcctg x = i 2 ln ( x − i x + i )
Числові співвідношення
sin 2 ( 1 8 ∘ ) + sin 2 ( 3 0 ∘ ) = sin 2 ( 3 6 ∘ ) ,
sin 2 0 ∘ ⋅ sin 4 0 ∘ ⋅ sin 8 0 ∘ = 3 8 ,
cos 3 6 ∘ + cos 1 0 8 ∘ = 1 2 ,
cos 2 4 ∘ + cos 4 8 ∘ + cos 9 6 ∘ + cos 1 6 8 ∘ = 1 2 ,
cos ( 2 π 2 1 ) + cos ( 2 ⋅ 2 π 2 1 ) + cos ( 4 ⋅ 2 π 2 1 ) + cos ( 5 ⋅ 2 π 2 1 ) + cos ( 8 ⋅ 2 π 2 1 ) + cos ( 1 0 ⋅ 2 π 2 1 ) = 1 2 ,
cos 2 0 ∘ ⋅ cos 4 0 ∘ ⋅ cos 8 0 ∘ = 1 8 ,
∏ k = 1 n − 1 sin ( k π n ) = n 2 n − 1 ,
∏ k = 1 n − 1 cos ( k π n ) = sin ( π n / 2 ) 2 n − 1 ,
∏ k = 1 n − 1 t g ( k π n ) = n sin ( π n / 2 ) ,
∏ k = 1 m t g ( k π 2 m + 1 ) = 2 m + 1 ,
∏ k = 1 n sin ( ( 2 k − 1 ) π 4 n ) = ∏ k = 1 n cos ( ( 2 k − 1 ) π 4 n ) = 2 2 n ,
π 4 = 4 a r c t g 1 5 − a r c t g 1 2 3 9 ,
π 4 = 5 a r c t g 1 7 + 2 a r c t g 3 7 9 .
Різне
sin ( π 4 + α ) = cos ( π 4 − α ) ,
sin ( π 4 − α ) = cos ( π 4 + α ) ,
t g ( α + β 2 ) = sin α + sin β cos α + cos β = − cos α − cos β sin α − sin β ,
1 ± tg α = 2 sin ( π 4 ± α ) cos α ,
1 ± ctg α = 2 sin ( π 4 ± α ) sin α ,
t g ( α ) + sec ( α ) = tg ( α 2 + π 4 ) .
c t g ( α ) + tg ( α 2 ) = csc ( α ) ,
tg α = sin 2 α cos 2 α + 1 ,
tg 5 α = tg α ⋅ tg ( π 5 + α ) ⋅ tg ( π 5 − α ) ⋅ tg ( 2 π 5 + α ) ⋅ tg ( 2 π 5 − α ) .
tg 7 α = tg α ⋅ tg ( π 7 + α ) ⋅ tg ( π 7 − α ) ⋅ tg ( 2 π 7 + α ) ⋅ tg ( 2 π 7 − α ) ⋅ tg ( 3 π 7 + α ) ⋅ tg ( 3 π 7 − α ) .
cos ( α ) + 2 cos ( 2 α ) + 3 cos ( 3 α ) + ⋯ = ∑ k = 1 n k cos ( k α ) = n sin ( α 2 ) sin ( ( 2 n + 1 ) α 2 ) − 2 sin 2 ( n α 2 ) 2 sin 2 ( α 2 )
∑ k = 1 n 1 2 k tg ( α 2 k ) = 1 2 n ctg ( α 2 n ) − ctg α
cos ( α ) cos ( α 2 ) ⋅ cos ( α 4 ) ⋯ = ∏ n = 0 ∞ cos ( α 2 n ) = sin 2 α 2 α .
cos ( α 2 ) ⋅ cos ( α 4 ) ⋅ cos ( α 8 ) ⋯ = ∏ n = 1 ∞ cos ( α 2 n ) = sin α α
∏ k = 0 n cos ( 2 k α ) = sin ( 2 n + 1 α ) 2 n + 1 sin α .
∏ k = 0 n cos ( α 2 k ) = sin 2 α 2 n + 1 sin ( α 2 n ) .
∏ k = 1 n cos ( α 2 k ) = sin α 2 n sin ( α 2 n ) .
| sin x | = 1 2 ∏ n = 0 ∞ | tg ( 2 n x ) | 2 n + 1 .
Див. також
Література