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三角函数/爱好者/不用正弦

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

我们知道

那么我们真的需要函数吗?

或者换句话说,我们是否可以用 来计算出像 这样的所有有趣的公式,然后从那里推导出所有包含的公式?

答案是肯定的。

我们不需要为进行一个几何论证,然后对进行另一个几何论证。我们可以直接从 的公式中得到关于 的公式。

角加减公式

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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) . 

的长度为,因为 。因此,点位于长度

其中

这给了我们“余弦角和公式”。

证明角和公式和二倍角公式是一致的

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我们可以立即将此公式应用于将两个相等的角相加

              (I)
    where 

根据毕达哥拉斯定理,我们知道

  

在这种情况下

   
   
   where 

代入 (I) 得

   
   
   
   where 

这与“余弦二倍角和公式”相同

   

毕达哥拉斯恒等式

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有了这个 函数的定义,我们可以重新表述毕达哥拉斯定理,对于一个边长为 1 的直角三角形,从

      where 

    

我们也可以从

  where 

 

正弦公式

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我们为这个新函数 的符号便利性付出的代价是,我们现在必须回答诸如:是否存在“正弦角和公式”之类的问题。这些问题总是可以通过采用 形式并有选择地替换 ,然后使用代数来简化所得方程。将此技术应用于“余弦角和公式”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
                     

两边开平方得到“正弦角和公式”


我们可以使用类似的技术从“余弦半角公式”中找到“正弦半角公式”

我们知道 ,所以“余弦半角公式”两边平方并从 1 中减去

 
 
 

到目前为止一切顺利,但我们仍然有一个 需要去掉。再次使用毕达哥拉斯定理得到“正弦半角公式”

           

或者更清晰一点

         
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