Сумма и разность синусов и косинусов, вывод формул, примеры

В продолжение темы тригонометрические формулы рассмотрим формулы суммы и разности синусов и косинусов (не путать с формулами синуса и косинуса суммы и разности). Эти формулы позволяют от суммы или разности синусов и косинусов углов  и  перейти к произведению синусов и/или косинусов углов  и  . В этой статье мы сначала перечислим эти формулы, дальше покажем их вывод, а в заключение рассмотрим несколько примеров их применения.

Список формул

Запишем формулы суммы и разности синусов и косинусов. Как Вы понимаете, их четыре штуки: две для синусов и две для косинусов.

Теперь дадим их формулировки. При формулировании формул суммы и разности синусов и косинусов угол  называют полусуммой углов  и , а угол  — полуразностью. Итак,

• Формула суммы синусов : сумма синусов двух углов равна удвоенному произведению синуса полусуммы этих углов на косинус их полуразности.
• Формула разности синусов : разность синусов двух углов равна удвоенному произведению синуса полуразности этих углов на косинус их полусуммы.
• Сумма косинусов : сумма косинусов двух углов равна удвоенному произведению косинуса полусуммы на косинус полуразности этих углов.
• Формула разности косинусов : разность косинусов двух углов равна удвоенному произведению синуса полусуммы на синус полуразности этих углов, взятому со знаком минус.

Стоит отметить, что формулы суммы и разности синусов и косинусов справедливы для любых углов  и .

Вывод формул

Для вывода формул суммы и разности синусов можно использовать формулы сложения, в частности, формулы
синуса суммы ,
синуса разности ,
косинуса суммы  и
косинуса разности .

Также нам потребуется представление углов  и  в виде  и . Такое представление правомерно, так как  и  для любых углов  и .

Теперь подробно разберем вывод формулы суммы синусов двух углов вида .

Сначала в сумме  заменяем  на , а  на , при этом получаем . Теперь к  применяем формулу синуса суммы, а к  — формулу синуса разности:

После приведения подобных слагаемых получаем . В итоге имеем формулу суммы синусов вида .

Для вывода остальных формул нужно лишь проделать аналогичные действия. Приведем вывод формул разности синусов, а также суммы и разности косинусов:

Для разности косинусов мы привели формулы двух видов  или . Они эквивалентны, так как , что следует из свойств синусов противоположных углов.

Итак, мы разобрали доказательство всех формул суммы и разности синусов и косинусов.

Примеры использования

Разберем несколько примеров использования формул суммы синусов и косинусов, а также разности синусов и косинусов.

Для примера проверим справедливость формулы суммы синусов вида , взяв  и . Чтобы это сделать, вычислим значения левой и правой частей формулы для данных углов. Так как  и  (при необходимости смотрите таблицу основных значений синусов и косинусов), то . При  и  имеем  и , тогда . Таким образом, значения левой и правой частей формулы суммы синусов для  и  совпадают, что подтверждает справедливость этой формулы.

В некоторых случаях использование формул суммы и разности синусов и косинусов позволяет вычислять значения тригонометрических выражений, когда углы отличны от основных углов (). Приведем решение примера, подтверждающего эту мысль.

Несомненно, главная ценность формул суммы и разности синусов и косинусов заключается в том, что они позволяют перейти от суммы и разности к произведению тригонометрических функций (по этой причине эти формулы часто называют формулами перехода от суммы к произведению тригонометрических функций). А это в свою очередь может быть полезно, например, при преобразовании тригонометрических выражений или при решении тригонометрический уравнений. Но эти темы требуют отдельного разговора.