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三角函式/愛好者/不用正弦

來自華夏公益教科書

我們知道

那麼我們真的需要函式嗎?

或者換句話說,我們是否可以用 來計算出像 這樣的所有有趣的公式,然後從那裡推匯出所有包含的公式?

答案是肯定的。

我們不需要為進行一個幾何論證,然後對進行另一個幾何論證。我們可以直接從 的公式中得到關於 的公式。

角加減公式

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To find a formula for in terms of and : construct two different right angle triangles each drawn with side having the same length of one, but with , and therefore angle . Scale up triangle two so that side is the same length as side . Place the triangles so that side is coincidental with side , and the angles and are juxtaposed to form angle at the origin. The circumference of the circle within which triangle two is embedded (circle 2) crosses side at point , allowing a third right angle to be drawn from angle to point . Now reset the scale of the entire figure so that side is considered to be of length 1. Side coincidental with side will then be of length , and so side will be of length in which length lies point . Draw a line parallel to line through the right angle of triangle two to produce a fourth right angle triangle, this one embedded in triangle two. Triangle 4 is a scaled copy of triangle 1, because

 (1) it is right angled, and 
 (2) . 

的長度為,因為 。因此,點位於長度

其中

這給了我們“餘弦角和公式”。

證明角和公式和二倍角公式是一致的

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我們可以立即將此公式應用於將兩個相等的角相加

              (I)
    where 

根據畢達哥拉斯定理,我們知道

  

在這種情況下

   
   
   where 

代入 (I) 得

   
   
   
   where 

這與“餘弦二倍角和公式”相同

   

畢達哥拉斯恆等式

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有了這個 函式的定義,我們可以重新表述畢達哥拉斯定理,對於一個邊長為 1 的直角三角形,從

      where 

    

我們也可以從

  where 

 

正弦公式

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我們為這個新函式 的符號便利性付出的代價是,我們現在必須回答諸如:是否存在“正弦角和公式”之類的問題。這些問題總是可以透過採用 形式並有選擇地替換 ,然後使用代數來簡化所得方程。將此技術應用於“餘弦角和公式”得到

   
   
   
   
   -- Pythagoras on left, multiply out right hand side
                     
                     -- Carefully selected Pythagoras again on the left hand side
                     
                     -- Multiplied out
                     
                     -- Carefully selected Pythagoras 
                     
                     -- Algebraic simplification
                     

兩邊開平方得到“正弦角和公式”


我們可以使用類似的技術從“餘弦半形公式”中找到“正弦半形公式”

我們知道 ,所以“餘弦半形公式”兩邊平方並從 1 中減去

 
 
 

到目前為止一切順利,但我們仍然有一個 需要去掉。再次使用畢達哥拉斯定理得到“正弦半形公式”

           

或者更清晰一點

         
華夏公益教科書