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2.7.2 三角函数的重要公式

2.7.2.1 三角函数间的关系

(2.82)sin2α+cos2α=1(2.83)sec2αtan2α=1,(2.84)csc2αcot2α=1,(2.85)sinαcscα=1,(2.86)cosαsecα=1,(2.87)tanαcotα=1,(2.88)sinαcosα=tanα(2.89)cosαsinα=cotα

0<α<π2 时,为了便于查看,表 2.5 总结了它们间的重要关系,该表其他区间平方根的符号依自变量所处的象限决定.

α

sinα

cosα

tanα

cotα

sinα

1cos2α

tanα1+tan2α

11+cot2α

cosα

1sin2α

11+tan2α

cotα1+cot2α

tanα

sinα1sin2α

1cos2αcosα

1cotα

cotα

1sin2αsinα

cosα1cos2α

1tanα

2.7.2.2 两角和与差的三角函数 (加法定理)

(2.90)sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ,(2.91)cos(α±β)=cosαcosβsinαsinβ,(2.92)tan(α±β)=tanα±tanβ1tanαtanβ,(2.93)cot(α±β)=cotαcotβ1cotβ±cotα,sin(α+β+γ)=sinαcosβcosγ+cosαsinβcosγ(2.94)+cosαcosβsinγsinαsinβsinγ,cos(α+β+γ)=cosαcosβcosγsinαsinβcosγ(2.95)sinαcosβsinγcosαsinβsinγ.

2.7.2.3 倍角的三角函数

(2.96)sin2α=2sinαcosα,(2.97)sin3α=3sinα4sin3α,(2.98)cos2α=cos2αsin2α,(2.99)cos3α=4cos3α3cosα,(2.100)sin4α=8cos3αsinα4cosαsinα,(2.101)cos4α=8cos4α8cos2α+1,(2.102)tan2α=2tanα1tan2α(2.103)tan3α=3tanαtan3α13tan2α,(2.104)tan4α=4tanα4tan3α16tan2α+tan4α,(2.105)cot2α=cot2α12cotα,(2.106)cot3α=cot3α3cotα3cot2α1,(2.107)cot4α=cot4α6cot2α+14cot3α4cotα.

n 较大时,为了得到 sinnαcosnα ,要利用棣莫弗公式(参见第 48 页 1.5.3.5). 利用二项式定理 (参见第 14 页 1.1.6.4), 有

cosnα+isinnα=k=0n(nk)ikcosnkαsinkα=(cosα+isinα)n=cosnα+incosn1αsinα(n2)cosn2αsin2α(2.108)i(n3)cosn3αsin3α+(n4)cosn4αsin4α+,

由此得到

cosnα=cosnα(n2)cosn2αsin2α+(n4)cosn4αsin4α(2.109)(n6)cosn6αsin6α+,sinnα=ncosn1αsinα(n3)cosn3αsin3α(2.110)+(n5)cosn5αsin5α.

2.7.2.4 半角的三角函数

下列公式中平方根必须依据半角所处的象限确定正负号.

(2.111)sinα2=12(1cosα)(2.112)cosα2=12(1+cosα)(2.113)tanα2=1cosα1+cosα=1cosαsinα=sinα1+cosα,(2.114)cotα2=1+cosα1cosα=1+cosαsinα=sinα1cosα.

2.7.2.5 两三角函数的和与差

(2.115)sinα+sinβ=2sinα+β2cosαβ2,(2.116)sinαsinβ=2cosα+β2sinαβ2,(2.117)cosα+cosβ=2cosα+β2cosαβ2,(2.118)cosαcosβ=2sinα+β2sinαβ2,(2.119)tanα±tanβ=sin(α±β)cosαcosβ,(2.120)cotα±cotβ=±sin(α±β)sinαsinβ,(2.121)tanα+cotβ=cos(αβ)cosαsinβ,(2.122)cotαtanβ=cos(α+β)sinαcosβ.

2.7.2.6 三角函数的积

(2.123)sinαsinβ=12[cos(αβ)cos(α+β)],(2.124)cosαcosβ=12[cos(αβ)+cos(α+β)],(2.125)sinαcosβ=12[sin(αβ)+sin(α+β)],sinαsinβsinγ=14[sin(α+βγ)+sin(β+γα)(2.126)+sin(γ+αβ)sin(α+β+γ)]sinαcosβcosγ=14[sin(α+βγ)sin(β+γα)(2.127)+sin(γ+αβ)+sin(α+β+γ)]sinαsinβcosγ=14[cos(α+βγ)+cos(β+γα)(2.128)+cos(γ+αβ)cos(α+β+γ)]cosαcosβcosγ=14[cos(α+βγ)+cos(β+γα)(2.129)+cos(γ+αβ)+cos(α+β+γ)].

2.7.2.7 三角函数的幂

(2.130)sin2α=12(1cos2α)(2.131)cos2α=12(1+cos2α)(2.132)sin3α=14(3sinαsin3α),(2.133)cos3α=14(cos3α+3cosα),(2.134)sin4α=18(cos4α4cos2α+3),(2.135)cos4α=18(cos4α+4cos2α+3).

n 很大时,可以利用 cosnαsinnα 来表示 sinnαcosnα (参见第 104 页2.7.2.3).

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