Формулы суммы и разности тригонометрических функций
Формулы преобразования суммы и разности синусов и косинусов в произведение. Вывод из формул суммы аргументов и применение при решении уравнений.
В этой статье вы сможете узнать:
как превратить сумму или разность синусов (косинусов) в произведение;
откуда берутся эти формулы;
зачем нужно преобразование суммы в произведение и где оно применяется.
Основные формулы
Эти формулы позволяют заменить сумму или разность двух одноимённых тригонометрических функций на произведение — это и называется преобразованием суммы в произведение.
Сумма и разность синусов
sinα+sinβ=2sin2α+βcos2α−β
sinα−sinβ=2cos2α+βsin2α−β
Сумма и разность косинусов
cosα+cosβ=2cos2α+βcos2α−β
cosα−cosβ=−2sin2α+βsin2α−β
Обратите внимание на формулу разности косинусов — единственную из четырёх, где в правой части стоит минус перед произведением.
Сумма и разность тангенсов
tgα+tgβ=cosαcosβsin(α+β)
tgα−tgβ=cosαcosβsin(α−β)
Эти формулы имеют смысл только тогда, когда cosα=0 и cosβ=0, то есть tgα и tgβ определены.
Как получить эти формулы
Формулы суммы и разности тригонометрических функций напрямую следуют из формул суммы и разности аргументов. Введём вспомогательные углы x=2α+β и y=2α−β, тогда α=x+y и β=x−y — в этих обозначениях и будем выводить все четыре формулы.
Для вывода понадобятся уже известные формулы суммы и разности аргументов:
Разность тангенсов выводится точно так же, только через sin(α−β)=sinαcosβ−cosαsinβ в числителе.
Зачем нужно преобразование суммы в произведение
Главная практическая польза этих формул — возможность превратить уравнение вида «сумма тригонометрических функций равна нулю» в уравнение вида «произведение равно нулю», которое затем распадается на более простые случаи. Например, выражение sin3x+sinx само по себе разложить на множители нельзя, а после преобразования в произведение 2sin2xcosx это делается сразу.
Алгоритм применения
Определите, что стоит в выражении — сумма или разность синусов, косинусов или тангенсов.
Выберите соответствующую формулу и вычислите 2α+β и 2α−β.
Подставьте эти значения в формулу и запишите результат в виде произведения.
Если цель — решить уравнение, приравняйте каждый из множителей к нулю по отдельности.
В каких заданиях ЕГЭ встречаются эти формулы
Профильный уровень. Преобразование суммы в произведение — рабочий приём в первую очередь для одного номера:
задание 13 (тригонометрическое уравнение) — уравнения вида sin3x+sinx=0 или cos5x−cosx=0 решаются именно через переход к произведению, после чего уравнение распадается на более простые.
Как запомнить, в какой из четырёх формул стоит минус?
Минус стоит только в формуле разности косинусов — во всех остальных трёх формулах (сумма синусов, разность синусов, сумма косинусов) правая часть положительна при соответствующем порядке множителей.
Обязательно ли переводить уравнение с суммой синусов или косинусов в произведение?
Не всегда обязательно, но почти всегда полезно: сумма или разность одноимённых функций сама по себе не раскладывается на множители, а после перехода к произведению уравнение сразу сводится к простейшим случаям.
Чем эта тема отличается от формул суммы и разности аргументов?
Формулы суммы и разности аргументов раскрывают sin(α±β) или cos(α±β) — то есть функцию от суммы углов. Здесь же речь о сумме или разности двух готовых значений функции, sinα±sinβ, которую нужно, наоборот, свернуть в произведение.
Работают ли формулы, если α и β — не углы, а произвольные выражения?
Да, формулы верны для любых значений α и β, в том числе если это выражения с переменной, например 3x и x — именно так они чаще всего и используются в уравнениях.