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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)sec2α−tan2α=1,(2.84)csc2α−cot2α=1,(2.85)sin⁡α⋅csc⁡α=1,(2.86)cos⁡α⋅sec⁡α=1,(2.87)tan⁡α⋅cot⁡α=1,(2.88)sin⁡αcos⁡α=tan⁡α(2.89)cos⁡αsin⁡α=cot⁡α

当 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

sin⁡α

cos⁡α

tan⁡α

cot⁡α

sin⁡α

1−cos2α

tan⁡α1+tan2α

11+cot2α

cos⁡α

1−sin2α

11+tan2α

cot⁡α1+cot2α

tan⁡α

sin⁡α1−sin2α

1−cos2αcos⁡α

1cot⁡α

cot⁡α

1−sin2αsin⁡α

cos⁡α1−cos2α

1tan⁡α

2.7.2.2 两角和与差的三角函数 (加法定理) ​

(2.90)sin⁡(α±β)=sin⁡αcos⁡β±cos⁡αsin⁡β,(2.91)cos⁡(α±β)=cos⁡αcos⁡β∓sin⁡αsin⁡β,(2.92)tan⁡(α±β)=tan⁡α±tan⁡β1∓tan⁡αtan⁡β,(2.93)cot⁡(α±β)=cot⁡αcot⁡β∓1cot⁡β±cot⁡α,sin⁡(α+β+γ)=sin⁡αcos⁡βcos⁡γ+cos⁡αsin⁡βcos⁡γ(2.94)+cos⁡αcos⁡βsin⁡γ−sin⁡αsin⁡βsin⁡γ,cos⁡(α+β+γ)=cos⁡αcos⁡βcos⁡γ−sin⁡αsin⁡βcos⁡γ(2.95)−sin⁡αcos⁡βsin⁡γ−cos⁡αsin⁡βsin⁡γ.

2.7.2.3 倍角的三角函数 ​

(2.96)sin⁡2α=2sin⁡αcos⁡α,(2.97)sin⁡3α=3sin⁡α−4sin3α,(2.98)cos⁡2α=cos2α−sin2α,(2.99)cos⁡3α=4cos3α−3cos⁡α,(2.100)sin⁡4α=8cos3αsin⁡α−4cos⁡αsin⁡α,(2.101)cos⁡4α=8cos4α−8cos2α+1,(2.102)tan⁡2α=2tan⁡α1−tan2α(2.103)tan⁡3α=3tan⁡α−tan3α1−3tan2α,(2.104)tan⁡4α=4tan⁡α−4tan3α1−6tan2α+tan4α,(2.105)cot⁡2α=cot2α−12cot⁡α,(2.106)cot⁡3α=cot3α−3cot⁡α3cot2α−1,(2.107)cot⁡4α=cot4α−6cot2α+14cot3α−4cot⁡α.

当 n 较大时,为了得到 sin⁡nα 和 cos⁡nα ,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

cos⁡nα+isin⁡nα=∑k=0n⁡(nk)ikcosn−kαsinkα=(cos⁡α+isin⁡α)n=cosnα+incosn−1αsin⁡α−(n2)cosn−2αsin2α(2.108)−i(n3)cosn−3αsin3α+(n4)cosn−4αsin4α+⋯,

由此得到

cos⁡nα=cosnα−(n2)cosn−2αsin2α+(n4)cosn−4αsin4α(2.109)−(n6)cosn−6αsin6α+⋯,sin⁡nα=ncosn−1αsin⁡α−(n3)cosn−3αsin3α(2.110)+(n5)cosn−5αsin5α−⋯.

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)sin⁡α2=12(1−cos⁡α)(2.112)cos⁡α2=12(1+cos⁡α)(2.113)tan⁡α2=1−cos⁡α1+cos⁡α=1−cos⁡αsin⁡α=sin⁡α1+cos⁡α,(2.114)cot⁡α2=1+cos⁡α1−cos⁡α=1+cos⁡αsin⁡α=sin⁡α1−cos⁡α.

2.7.2.5 两三角函数的和与差 ​

(2.115)sin⁡α+sin⁡β=2sin⁡α+β2cos⁡α−β2,(2.116)sin⁡α−sin⁡β=2cos⁡α+β2sin⁡α−β2,(2.117)cos⁡α+cos⁡β=2cos⁡α+β2cos⁡α−β2,(2.118)cos⁡α−cos⁡β=−2sin⁡α+β2sin⁡α−β2,(2.119)tan⁡α±tan⁡β=sin⁡(α±β)cos⁡αcos⁡β,(2.120)cot⁡α±cot⁡β=±sin⁡(α±β)sin⁡αsin⁡β,(2.121)tan⁡α+cot⁡β=cos⁡(α−β)cos⁡αsin⁡β,(2.122)cot⁡α−tan⁡β=cos⁡(α+β)sin⁡αcos⁡β.

2.7.2.6 三角函数的积 ​

(2.123)sin⁡αsin⁡β=12[cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)],(2.124)cos⁡αcos⁡β=12[cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)],(2.125)sin⁡αcos⁡β=12[sin⁡(α−β)+sin⁡(α+β)],sin⁡αsin⁡βsin⁡γ=14[sin⁡(α+β−γ)+sin⁡(β+γ−α)(2.126)+sin⁡(γ+α−β)−sin⁡(α+β+γ)]sin⁡αcos⁡βcos⁡γ=14[sin⁡(α+β−γ)−sin⁡(β+γ−α)(2.127)+sin⁡(γ+α−β)+sin⁡(α+β+γ)]sin⁡αsin⁡βcos⁡γ=14[−cos⁡(α+β−γ)+cos⁡(β+γ−α)(2.128)+cos⁡(γ+α−β)−cos⁡(α+β+γ)]cos⁡αcos⁡βcos⁡γ=14[cos⁡(α+β−γ)+cos⁡(β+γ−α)(2.129)+cos⁡(γ+α−β)+cos⁡(α+β+γ)].

2.7.2.7 三角函数的幂 ​

(2.130)sin2α=12(1−cos⁡2α)(2.131)cos2α=12(1+cos⁡2α)(2.132)sin3α=14(3sin⁡α−sin⁡3α),(2.133)cos3α=14(cos⁡3α+3cos⁡α),(2.134)sin4α=18(cos⁡4α−4cos⁡2α+3),(2.135)cos4α=18(cos⁡4α+4cos⁡2α+3).

当 n 很大时,可以利用 cos⁡nα 和 sin⁡nα 来表示 sinnα 和 cosnα (参见第 104 页2.7.2.3).

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