Формулы половинного угла и понижения степени
Формулы понижения степени для sin²α и cos²α, формулы половинного угла sin(α/2), cos(α/2), tg(α/2). Вывод, правило знака и примеры.
В этой статье вы сможете узнать:
- что такое формулы понижения степени и формулы половинного угла;
- как они связаны между собой и с формулами двойного угла;
- как определить знак при вычислении функции половинного угла.
Формулы понижения степени
Формулы понижения степени выражают квадрат синуса и косинуса через косинус двойного угла — это позволяет заменить вторую степень тригонометрической функции на выражение первой степени от удвоенного угла:
Обе формулы — это просто иначе записанные формулы косинуса двойного угла и , из которых и выражены в явном виде.
Формулы половинного угла
Если в формулах понижения степени заменить на , а — на , получаются формулы, выражающие функции половинного угла через функцию полного угла:
Тангенс половинного угла удобно также записывать без квадратного корня и без неоднозначности знака — сразу через синус и косинус полного угла:
Эти две формы тангенса половинного угла равносильны и не требуют выбора знака — знак в них учитывается автоматически через знаки и .
Как выбрать знак перед корнем
В формулах для и знак нельзя определить по формуле — его нужно определять отдельно, в зависимости от того, в какой четверти лежит именно угол (а не исходный угол ). Например, если известно, что лежит во второй четверти, то , а — соответствующий знак и берётся перед корнем.
Алгоритм применения
- Определите, что нужно в задаче: понизить степень выражения (заменить или ) или, наоборот, найти значение функции половинного угла.
- Для понижения степени примените формулу с напрямую — здесь знак определять не нужно.
- Для половинного угла определите, в какой четверти лежит угол , и выберите нужный знак перед корнем (или используйте безопасную форму тангенса без корня и без выбора знака).
- Подставьте известные значения и упростите выражение.
В каких заданиях ЕГЭ встречаются эти формулы
Базовый уровень. Как и в целом с тригонометрией, на базовом уровне эти формулы не встречаются — там нет заданий на тождественные преобразования тригонометрических выражений.
Профильный уровень. Формулы половинного угла напрямую в ЕГЭ спрашивают редко, но формулы понижения степени регулярно оказываются полезны:
- задание 7 (вычисление значения выражения) — иногда выражение с или быстрее свернуть через формулу понижения степени, чем раскладывать по-другому;
- задание 8 (первообразная) — при нахождении первообразной для или формулы понижения степени — стандартный приём, без них выражение не удаётся проинтегрировать по таблице первообразных напрямую;
- задание 13 (тригонометрическое уравнение) — иногда понижение степени превращает уравнение с квадратами функций в более простое линейное относительно .
Примеры решения
Пример 1. Найдите значение .
Применим формулу понижения степени: при , то есть .
Известно, что . Получаем:
Ответ: .
Пример 2. Упростите выражение .
Применим формулу понижения степени: .
Ответ: .
Пример 3. Дано , угол лежит в первой четверти. Найдите .
По формуле половинного угла: .
Угол лежит в первой четверти, где синус положителен, поэтому берём знак «плюс».
Ответ: .
Часто задаваемые вопросы
Чем формулы половинного угла отличаются от формул понижения степени? Это, по сути, одна и та же формула, записанная для разных задач: понижение степени выражает и через , а половинный угол — выражает и через ; вторая получается из первой заменой переменной.
Почему в формулах половинного угла стоит знак ±, а не конкретный знак? Потому что при извлечении квадратного корня знак нужно определять отдельно — по тому, в какой четверти лежит угол половинного аргумента, а не по самой формуле.
Можно ли обойтись без формулы с корнем при вычислении тангенса половинного угла? Да, для тангенса есть безопасные формы , которые не требуют извлечения корня и определения знака.
Зачем вообще нужно понижать степень тригонометрической функции? Это упрощает дальнейшие преобразования: линейное выражение с часто проще анализировать, интегрировать или подставлять в уравнение, чем выражение со второй степенью синуса или косинуса.
Похожие темы для изучения
- Формулы двойного угла
- Формулы суммы и разности аргументов
- Основное тригонометрическое тождество
- Тригонометрическая окружность
Задачи для самостоятельного решения
- Упростите выражение .
- Найдите первообразную функции .
- Дано , угол лежит во второй четверти. Найдите .
- Упростите выражение .
- Выразите через и без использования квадратного корня.
- Докажите, что , используя формулы понижения степени.