三角恒等式

更新时间:2024-09-06 13:10

三角恒等式,是关于三角函数的一些已证明的恒等式,诱导公式有两角和差、二倍角公式三倍角公式等。

基本定义

三角函数

sinθ(正弦)cosθ(余弦)tanθ(正切)cotθ(余切)secθ(正割)cscθ(余割

(注:“ θ ”在此处指三角形中的参与计算的角的角度)

诱导公式

推导方法

定名法则

90°的奇数倍+α的三角函数,其绝对值与α三角函数的绝对值互为余函数。90°的偶数倍+α的三角函数与α的三角函数绝对值相同。也就是“奇余偶同,奇变偶不变”。

定号法则

假设α为锐角(注意是“假设”),按所得的角的象限,取三角函数的符号。也就是“象限定号,符号看象限”(或为“奇变偶不变,符号看象限”)。

在Kπ/2中如果K为偶数时函数名不变,若为奇数时函数名变为相反的函数名。正负号原函数中α所在象限的正负号。关于正负号有个口诀;一全正,二正弦,三两切,四余弦,即第一象限全部为正,第二象限角,正弦为正,第三象限,正切和余切为正,第四象限,余弦为正。或简写为“ASTC”,即“all”“sin”“tan+cot”“cos”依次为正。还可简记为:sin上cos右tan/cot对角,即sin的正值都在x轴上方,cos的正值都在y轴右方,tan/cot 的正值斜着。

比如:90°+α。定名:90°是90°的奇数倍,所以应取余函数;定号:将α看做锐角,那么90°+α是第二象限角,第二象限角的正弦为正,余弦为负。所以sin(90°+α)=cosα , cos(90°+α)=-sinα 这个非常神奇,屡试不爽~

还有一个口诀“纵变横不变,符号看象限”,例如:sin(90°+α),90°的终边在纵轴上,所以函数名变为相反的函数名,即sin变为cos,所以sin(90°+α)=cosα。

基本公式

sin(2kπ+α)=sinα;cos(2kπ+α)=cosα;

tan(kπ+α)=tanα;

cot(kπ+α)=cotα;sec(2kπ+α)=secα;

csc(2kπ+α)=cscα;

sin(π+α)=-sinα;cos(π+α)=-cosα;

tan(π+α)=tanα;

cot(π+α)=cotα;sec(π+α)=-secα;

csc(π+α)=-cscα;

sin(-α)=-sinα;cos(-α)=cosα;

tan(-α)=-tanα;

cot(-α)=-cotα;sec(-α)=secα;

csc(-α)=-cscα;

sin(π-α)=sinα;cos(π-α)=-cosα;

tan(π-α)=-tanα;

cot(π-α)=-cotα;sec(π-α)=-secα;

csc(π-α)=cscα;

sin(α-π)=-sinα;cos(α-π)=-cosα;

tan(α-π)=tanα;

cot(α-π)=cotα;sec(α-π)=-secα;

csc(α-π)=-cscα;

sin(2π-α)=-sinα;cos(2π-α)=cosα;

tan(2π-α)=-tanα;

cot(2π-α)=-cotα;sec(2π-α)=secα;

csc(2π-α)=-cscα;

sin(π/2+α)=cosα;cos(π/2+α)=-sinα;

tan(π/2+α)=-cotα;

cot(π/2+α)=-tanα;sec(π/2+α)=-cscα;

csc(π/2+α)=secα;

sin(π/2-α)=cosα;cos(π/2-α)=sinα;

tan(π/2-α)=cotα;

cot(π/2-α)=tanα;sec(π/2-α)=cscα;

csc(π/2-α)=secα;

sin(3π/2+α)=-cosα;cos(3π/2+α)=sinα;

tan(3π/2+α)=-cotα;

cot(3π/2+α)=-tanα;sec(3π/2+α)=cscα;

csc(3π/2+α)=-secα;

sin(3π/2-α)=-cosα;cos(3π/2-α)=-sinα;

tan(3π/2-α)=cotα;

cot(3π/2-α)=tanα;sec(3π/2-α)=-cscα;

csc(3π/2-α)=-secα;

两角和差

cos(α+β)=cosα·cosβ-sinα·sinβ

cos(α-β)=cosα·cosβ+sinα·sinβ

sin(α±β)=sinα·cosβ±cosα·sinβ

tan(α+β)=(tanα+tanβ)/(1-tanα·tanβ)

tan(α-β)=(tanα-tanβ)/(1+tanα·tanβ)

和差化积

sinα+sinβ=2sin[(α+β)/2]cos[(α-β)/2]

sinα-sinβ=2cos[(α+β)/2]sin[(α-β)/2]

cosα+cosβ=2cos[(α+β)/2]cos[(α-β)/2]

cosα-cosβ=-2sin[(α+β)/2]sin[(α-β)/2]

积化和差

sinα·cosβ=(1/2)[sin(α+β)+sin(α-β)]

cosα·sinβ=(1/2)[sin(α+β)-sin(α-β)]

cosα·cosβ=(1/2)[cos(α+β)+cos(α-β)]

sinα·sinβ=-(1/2)[cos(α+β)-cos(α-β)]

二倍角公式

sin(2α)=2sinα·cosα=2/(tanα+cotα)

cos(2α)=(cosα)^2-(sinα)^2=2(cosα)^2-1=1-2(sinα)^2

tan(2α)=2tanα/[1-(tanα)^2]

cot(2α)=(cot2α-1)/(2cotα)

sec(2α)=sec2α/(1-tan2α)

csc(2α)=1/2*secα·cscα

三倍角公式

sin(3α) = 3sinα-4(sinα)^3= 4sinα·sin(60°+α)sin(60°-α)

cos(3α) = 4(cosα)^3-3cosα= 4cosα·cos(60°+α)cos(60°-α)

tan(3α) = (3tanα-(tanα)^3)/(1-3(tanα)^2) = tanαtan(π/3+α)tan(π/3-α)

cot(3α)=((cotα)^3-3cotα)/(3cotα-1)

倍角公式

根据欧拉公式(cosθ+isinθ)^n=cosnθ+isinnθ

将左边用二项式定理展开分别整理实部虚部可以得到下面两组公式

sin(nα)=ncos^(n-1)α·sinα-C(n,3)cos^(n-3)α·sin^3α+C(n,5)cos^(n-5)α·sin^5α-…

cos(nα)=cos^nα-C(n,2)cos^(n-2)α·sin^2α+C(n,4)cos^(n-4)α·sin^4α

半角公式

sin(α/2)=±√[(1-cosα)/2] =±√[(1+cosα)/2]

tan(α/2)=±√[(1-cosα)/(1+cosα)]=sinα/(1+cosα)=(1-cosα)/sinα=cscα-cotα

cot(α/2)=±√[(1+cosα)/(1-cosα)]=(1+cosα)/sinα=sinα/(1-cotα)=cscα+cotα

sec(α/2)=±√[2secα/(secα+1)] csc(α/2)=±√[2secα/(secα-1)]

辅助角Asinα+Bcosα=√(A^2+B^2)sin[α+arctan(B/A)] Asinα+Bcosα=√(A^2+B^2)cos[α-arctan(A/B)]

万能公式

sin(a)=[2tan(a/2)]/[1+tan^2(a/2)] cos(a)=[1-tan^2(a/2)]/[1+tan^2(a/2)]

tan(a)=[2tan(a/2)]/[1-tan^2(a/2)]

降幂公式

(sinα)^2=[1-cos(2α)]/2

(cosα)^2=[1+cos(2α)]/2

(tanα)^2=[1-cos(2α)]/[1+cos(2α)]

三角和

sin(α+β+γ)=sinα·cosβ·cosγ+cosα·sinβ·cosγ+cosα·cosβ·sinγ-sinα·sinβ·sinγ

cos(α+β+γ)=cosα·cosβ·cosγ-cosα·sinβ·sinγ-sinα·cosβ·sinγ-sinα·sinβ·cosγ

tan(α+β+γ)=(tanα+tanβ+tanγ-tanα·tanβ·tanγ)÷(1-tanα·tanβ-tanβ·tanγ-tanγ·tanα)

幂级数

c0+c1x+c2x2+...+cnxn+...=∑cnxn (n=0..∞)

c0+c1(x-a)+c2(x-a)2+...+cn(x-a)n+...=∑cn(x-a)n (n=0..∞)

它们的各项都是正整数幂的幂函数, 其中c0,c1,c2,...cn...及a都是常数, 这种级数称为幂级数

泰勒展开式又叫幂级数展开法

f(x)=f(a)+f'(a)/1!*(x-a)+f''(a)/2!*(x-a)2+...+f(n)(a)/n!*(x-a)n+……

e^x = 1+x+x^2/2!+x^3/3!+……+x^n/n!+…… (-∞<x<∞)

ln(1+x)=x-x2/2+x^3/3-……+(-1)^(k-1)*(x^k)/k(|x|<<1)

sin x = x-x^3/3!+x^5/5!-……+(-1)^(k-1)*(x^(2k-1))/(2k-1)!+……。 (-∞<x<∞)

cos x = 1-x^2/2!+x^4/4!-……+(-1)k*(x^(2k))/(2k)!+…… (-∞<x<∞)

arcsin x = x + x^3/(2*3) + (1*3)x^5/(2*4*5) + 1*3*5(x^7)/(2*4*6*7)……+(2k+1)!!*x^(2k+1)/(2k!!*(2k+1))+……(|x|<1) !!表示双阶乘

arccos x = π -(x + x^3/(2*3) + (1*3)x^5/(2*4*5) + 1*3*5(x^7)/(2*4*6*7)……)(|x|<1)

arctan x = x - x^3/3 + x^5/5 -……(x≤1)

sinh x = x+x^3/3!+x^5/5!+……+(x^(2k-1))/(2k-1)!+…… (-∞<x<∞)

cosh x = 1+x^2/2!+x^4/4!+……+(x^(2k))/(2k)!+……(-∞<x<∞)

arcsinh x =x - x^3/(2*3) + (1*3)x^5/(2*4*5) -1*3*5(x^7)/(2*4*6*7)……(|x|<1)

arctanh x = x + x^3/3 + x^5/5 + ……(|x|<1)

在解初等三角函数时,只需了解三角函数的计算方法并且记住公式便可轻松作答,在竞赛中,往往会用到与图像结合的方法求三角函数值、三角函数不等式、面积等等。

傅里叶级数

傅里叶级数又称三角级数

f(x)=a0/2+∑(n=0..∞) (ancosnx+bnsinnx)

a0=1/π∫(π..-π) (f(x))dx

an=1/π∫(π..-π) (f(x)cosnx)dx

bn=1/π∫(π..-π) (f(x)sinnx)dx

记忆口诀:

奇变偶不变,符号看象限

其他信息

设A,B,C是三角形的三个内角

tanA+tanB+tanC=tanAtanBtanC

cotAcotB+cotBcotC+cotCcotA=1

(cosA)^2+(cosB)^2+(cosC)^2+2cosAcosBcosC=1

tan(A/2)tan(B/2)+tan(B/2)tan(C/2)+tan(C/2)tan(A/2)=1

sin2A+sin2B+sin2C=4sinAsinBsinC

sinA+sinB+sinC=4cos(A/2)cos(B/2)cos(C/2)

周氏公式:

sinAsinB+sin(A+B+C)sinC=sin(A+C)sin(B+C)

应用

(一)不等式的证明

已知A,B,C是三角形的三个内角

求证cotA+cotB+cotC>=√3

cotA+cotB+cotC=cotA+cotB-cot(A+B)>cotA+cotB-cot(B)=cotA>0

(cotA+cotB+cotC)^2>=3(cotAcotB+cotBcotC+cotCcotA)=3

所以cotA+cotB+cotC>=√3

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