Формулы суммы и разности аргументов в тригонометрии
Формулы sin(α±β), cos(α±β) и tg(α±β): как выразить тригонометрическую функцию суммы или разности двух углов через функции каждого угла отдельно.
В этой статье вы сможете узнать:
как выразить синус, косинус и тангенс суммы или разности двух углов;
как связаны эти формулы с формулами двойного угла;
как применять формулы суммы и разности при вычислении значений и упрощении выражений.
Основные формулы
Формулы суммы и разности аргументов позволяют выразить тригонометрическую функцию от α+β или α−β через синусы и косинусы углов α и β по отдельности.
Синус суммы и разности
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
sin(α−β)=sinαcosβ−cosαsinβ
Косинус суммы и разности
cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ
cos(α−β)=cosαcosβ+sinαsinβ
Обратите внимание: у синуса знак в правой части совпадает со знаком в левой части, а у косинуса — меняется на противоположный.
Тангенс суммы и разности
tg(α+β)=1−tgαtgβtgα+tgβ
tg(α−β)=1+tgαtgβtgα−tgβ
Формулы тангенса имеют смысл только тогда, когда определены tgα, tgβ и сам tg(α±β), а знаменатель не обращается в ноль.
Как формулы двойного угла следуют из формул суммы
Формулы суммы и разности — более общие, чем формулы двойного угла: если положить β=α, формулы суммы превращаются ровно в формулы двойного угла. Например:
sin(α+α)=sinαcosα+cosαsinα=2sinαcosα=sin2α
cos(α+α)=cosαcosα−sinαsinα=cos2α−sin2α=cos2α
То есть формулы двойного угла — это частный случай формул суммы аргументов при равных углах.
Как получить формулы тройного угла
Формулы суммы аргументов позволяют вывести и формулы для тройного угла — достаточно представить 3α как 2α+α и применить формулу суммы, а затем подставить уже известные формулы двойного угла и основное тригонометрическое тождество.
Синус тройного угла
sin3α=sin(2α+α)=sin2αcosα+cos2αsinα
Подставляем sin2α=2sinαcosα и cos2α=1−2sin2α:
sin3α=2sinαcos2α+(1−2sin2α)sinα
Заменяем cos2α=1−sin2α по основному тождеству и приводим подобные слагаемые:
sin3α=2sinα(1−sin2α)+sinα−2sin3α=3sinα−4sin3α
Косинус тройного угла
cos3α=cos(2α+α)=cos2αcosα−sin2αsinα
Подставляем cos2α=2cos2α−1 и sin2α=2sinαcosα, затем заменяем sin2α=1−cos2α:
cos3α=(2cos2α−1)cosα−2cosα(1−cos2α)=4cos3α−3cosα
Тангенс тройного угла
Аналогичным образом, через tg(2α+α) и формулу тангенса двойного угла, получается:
tg3α=1−3tg2α3tgα−tg3α
Этот же приём — представить угол как сумму уже знакомых углов и последовательно подставлять более простые формулы — работает для вывода формул любого кратного угла, не только тройного.
Алгоритм применения
Представьте нужный угол как сумму или разность двух углов, значения функций которых известны (чаще всего это углы 30°, 45°, 60°, 90°).
Выберите нужную формулу — синуса, косинуса или тангенса суммы либо разности.
Подставьте известные значения sin, cos (или tg) каждого из двух углов.
Упростите получившееся выражение.
В каких заданиях ЕГЭ встречаются эти формулы
Профильный уровень. Формулы суммы и разности нужны в основном в тех же номерах, что и формулы двойного угла:
задание 7 (вычисление значения выражения) — вычисление sin, cos или tg «нестандартных» углов вроде 15°, 75°, 105° через разложение на сумму или разность табличных углов;
задание 13 (тригонометрическое уравнение) — приведение выражения вида sinxcosa+cosxsina к более простому виду sin(x+a) часто помогает свести уравнение к простейшему.
Примеры решения
Пример 1. Вычислите sin75∘.
Представим 75∘=45∘+30∘ и применим формулу синуса суммы:
Пример 3. Упростите выражение sinxcos2x+cosxsin2x.
Это выражение — правая часть формулы синуса суммы с α=x, β=2x:
sinxcos2x+cosxsin2x=sin(x+2x)=sin3x
Ответ: sin3x.
Часто задаваемые вопросы
Как запомнить, где в формулах менять знак, а где нет?
У синуса знак между слагаемыми в правой части совпадает со знаком между α и β в левой части. У косинуса — наоборот, знак меняется на противоположный.
Можно ли получить формулы двойного угла, не запоминая их отдельно?
Да, если помнить формулы суммы аргументов, формулы двойного угла легко восстановить подстановкой β=α — отдельно их запоминать не обязательно, хотя на практике это ускоряет решение.
Зачем нужны формулы для тангенса суммы и разности, если можно выразить через синус и косинус?
Формулы для тангенса иногда позволяют решить задачу за один шаг, не расписывая tg через sin и cos отдельно — особенно удобно, когда в условии уже даны именно значения тангенса.
Работают ли эти формулы для отрицательных углов?
Да, формулы верны для любых α и β, включая отрицательные и углы больше 360° — никаких ограничений на знак или величину углов нет.
Похожие темы для изучения
Формулы двойного угла
Формулы половинного угла (понижения степени)
Формулы приведения
Формулы суммы и разности тригонометрических функций
Задачи для самостоятельного решения
Вычислите sin15∘.
Вычислите cos75∘.
Упростите выражение cosxcos3x−sinxsin3x.
Докажите формулу tg(α+β)=1−tgαtgβtgα+tgβ, исходя из формул синуса и косинуса суммы.