和差化积

更新时间:2024-08-29 16:29

和差化积公式:即将三角函数的和或差经过适当变换化为三角函数的乘积的形式,是三角函数中的一组恒等式。常说的和差化积公式指正弦余弦的和差化积公式。该公式是对一次三角函数实行,对高次三角函数,可用降幂方法降为一次;对同名三角函数方可实行,异名三角函数的情况可用诱导公式化为同名。此外,在一些情况中,我们还有可能用到正切余切的和差化积公式。

公式

和差化积公式如下:

发展简史

和差化积公式是由法国数学家韦达首先发现的。文艺复兴后期,法国数学家韦达成为三角公式的集大成者。他的《应用于三角形的数学定律》(1579年)是较早系统论述平面和球面三角学的专著之一。在这本书中,除汇总前人的成果外,他还补充了自己发现的如和差化积公式等新公式。

证明

和差化积公式的证明,可以利用如下的和差角公式:

注意到:

将(5)式和(6)式相加,可得(1)式,将(5)式和(6)式相减,可得(2)式。

同理,

将(7)式和(8)式相加,可得(3)式,将(7)式和(8)式相减,可得(4)式。

事实上,(1)(2)(3)(4)式相互之间是等价的,这可以从如下等式看出:

相关公式

正切、余切的和差化积公式

在“切割化弦”(将正切余切正割余割化为正弦余弦)的过程中,我们有时会用到正切、余切的和差化积公式。这组公式等式的左边可以是同名函数,也可以是异名函数。这组公式使用频率较低,如果需要用到,现场推导也较为简单,还可减少公式记忆混乱带来的错误。

(9)至(14)式的证明,可以利用正切、余切与正弦、余弦的关系,以及和差角公式的逆运算给出。对于(9)式和(10)式,由

可以得证。

同理,由

可以证明(11)至(14)式。

平方差化积

通常的和差化积公式要求等式左边的项为一次项,而当等式左边为同名三角函数的平方 项相减时,我们可以使用平方差化积公式:

(15)至(16)式的证明可以利用平方差公式、和差化积公式,并逆向使用二倍角公式:

例题

已知,且,求的值

解:将已知条件编号

①的平方+②的平方,得:

所以:

则:

计算可得:

①×②,得

所以

运用和差化积公式:

上式可变为:

所以

将代入,

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