Тригонометрические уравнения половинного угла решение

Формулы половинного угла в тригонометрии

Формулы половинного угла (аргумента) представляют собой противоположность формулам двойного угла , так как они выражают синус, косинус, тангенс и котангенс угла α 2 при помощи тригонометрических функций угла α . В статье раскрыты формулы половинного угла и добавлены их доказательства с примерами решений.

Список формул половинного угла

Стандартные формулы половинного угла:

sin 2 α 2 = 1 — cos α 2 cos 2 α 2 = 1 + cos α 2 t g 2 α 2 = 1 — cos α 1 + cos α c t g 2 α 2 = 1 + cos α 1 — cos α

Формулы для sin и cos половинного угла справедливы при любом значении заданного угла α . Формулу для t g любого угла α определяет t g α 2 , значение угла α ≠ π + 2 π · z при z равном любому целому числу ( выражение 1 + cos α с таким же значением α не должно принимать значение 0 ). Формула c t g угла считается справедливой для любого угла α , где половинный угол имеет место быть, α ≠ 2 π · z .

Самые значимые формулы половинного угла для квадратов тригонометрических функций выводятся через положительное или отрицательное значение арифметического квадратного корня. Имеем формулы половинного угла:

sin α 2 = ± 1 — cos α 2 , cos α 2 = ± 1 + cos α 2 , t g α 2 = ± 1 — cos α 1 + cos α , c t g α 2 = ± 1 + cos α 1 — cos α

Знак «-» указывает, что тригонометрическая функция принадлежит определенной четверти угла α 2 .

Применим формулы на практике.

Доказательство формул половинного угла

Доказательство формул половинного угла основывается на формулах cos двойного угла cos α = 1 — 2 · sin 2 α 2 и cos α = 2 · cos 2 α 2 — 1 . Упростив первое выражение по sin 2 α 2 , получим саму формулу половинного угла sin 2 α 2 = 1 — cos α 2 , второе выражение по cos 2 α 2 получим cos 2 α 2 = 1 + cos α 2 .

Чтобы доказать формулы половинного угла для t g и c t g угла α 2 , необходимо применить основные тригонометрические тождества t g α 2 = sin α 2 cos α 2 и c t g α 2 = cos α 2 sin α 2 , к ним необходимо добавить формулы половинного угла cos и sin , которые доказали выше. При подстановке получим выражения, имеющие вид:

t g 2 α 2 = sin 2 α 2 cos 2 α 2 = 1 — cos α 2 1 + cos α 2 = 1 — cos α 1 + cos α ; c t g 2 α 2 = cos 2 α 2 sin 2 α 2 = 1 — cos α 2 1 + cos α 2 = 1 + cos α 1 — cos α ;

Все формулы половинного угла были доказаны.

Примеры использования

Покажем применение формул половинного угла при решении примера.

Известно, что cos 30 ° = 3 2 . Необходимо вычислить значение cos 15 градусов, используя формулы половинного угла.

Данный пример рассматривает применение формулы половинного угла для косинуса, имеющей вид cos 2 α 2 = 1 + cos α 2 .

Следуя из условия, подставляем числовые значения и получаем: cos 2 15 ° = 1 + cos 30 ° 2 = 1 + 3 2 2 = 2 + 3 4 . После получения значения косинуса 15 градусов, необходимо найти само значение косинуса. Для этого вспомним, что угол в 15 градусов принадлежит первой четверти. Там косинус угла имеет положительное значение ( чтобы вспомнить знаки тригонометрических функций, необходимо повторить теорию знаков синуса, косинуса, тангенса и котангенса по четвертям). Следуя из вышесказанного, имеем cos 2 15 ° = 2 + 3 4 , тогда cos 15 ° = 2 + 3 4 = 2 + 3 2 . Ответ: cos 15 ° = 2 + 3 2 .

Применяя формулу половинного угла, стоит учитывать тот факт, что угол может быть не явного вида α 2 и α , а потребует дальнейшего приведения к стандартному виду. Главное условие – нахождение аргумента в правой части формул половинного угла было в 2 раза больше, чем в левой. Иначе применение формулы будет невозможно.

Если формула позволит записывать данное равенство таким образом sin 2 7 α = 1 — cos 14 α 2 или sin 2 5 α 17 = 1 — cos 10 α 17 2 , то формула будет применима.

Для правильного преобразования и применения формул половинного аргумента необходимо досконально изучить свойства тригонометрических функций. Не любое выражение поддается такому преобразованию в тригонометрии. Необходимо внимательно следить за значениями углов тригонометрических функций и их нахождение в четвертях для определения знака для выражения.

Все формулы половинного угла в тригонометрии:

Формулы половинного угла тригонометрических функций

Формулы половинного угла (половинного аргумента) – это часть от всех основных тригонометрических формул. Они выражают функции синус, косинус, тангенс, котангенс угла `\frac<\alpha>2` через эти ж функции аргумента `\alpha`. Они, можно сказать, противоположны формулам двойного угла. Ниже приведены все формулы половинных углов, их вывод, а также примеры решения задач с их использованием.

Список всех формул половинного угла

Их можно встретить записанными в двух видах. В первом каждая из тригонометрических функций выражается через радикал:

Знак «+» или «-» перед корнями зависит от того, в какую из координатных четвертей попадает угол `\frac<\alpha>2`.

Во втором варианте имеем дело с квадратами тригонометрических функций половинного угла:

Формула синуса и косинуса половинного угла имеет место при любом угле `\alpha`.

Формула тангенса половинного угла справедлива для тех углов `\alpha`, при которых определен `tg \frac \alpha 2`, то есть при ` \alpha\ne\pi+2\pi n, \ n \in Z`.

Формула котангенса выполняется для тех `\alpha`, при которых определен `ctg \frac \alpha 2`, то есть при ` \alpha\ne 2\pi n, \ n \in Z`.

С помощью следующего набора формул можно выразить каждую из тригонометрических функций угла `\alpha` через тангенс половинного угла.

`sin \ \alpha= \frac<2tg\frac<\alpha><2>><1 + tg^<2>\frac<\alpha><2>>,` ` \alpha\ne \pi +2\pi n, n \in Z`
`cos \ \alpha= \frac<1 — tg^<2>\frac<\alpha><2>><1 + tg^<2>\frac<\alpha><2>>,` ` \alpha \ne \pi +2\pi n, n \in Z`
`tg \ \alpha= \frac<2tg\frac<\alpha><2>><1 — tg^<2>\frac<\alpha><2>>,` ` \alpha \ne \pi +2\pi n, n \in Z,` ` \alpha \ne \frac<\pi><2>+ \pi n, n \in Z`
`ctg \ \alpha = \frac<1 — tg^<2>\frac<\alpha><2>><2tg\frac<\alpha><2>>,` ` \alpha \ne \pi n, n \in Z,` `\alpha \ne \pi + 2\pi n, n \in Z`

Вывод формул половинного угла

Формула косинуса и синуса половинного угла выводится из формул косинуса двойного угла `cos \ 2\alpha=1-2 \ sin^2 \alpha` и `cos \ 2\alpha=2 \ cos^2 \alpha-1`. Запишем их в следующем виде: `cos \alpha=1-2 \ sin^2 \frac \alpha 2` и `cos \alpha=2 \ cos^2 \frac \alpha 2-1`. Выразив из первого равенства ` sin \frac \alpha 2` получим `sin \ \frac \alpha 2=\pm \sqrt<\frac <1-cos \ \alpha>2>`. Аналогично разрешив второе равенство относительно ` cos \frac \alpha 2` в результате будем иметь `cos \ \frac \alpha 2=\pm \sqrt<\frac <1+cos \ \alpha>2>`.

Формулы тангенса и котангенса половинного угла можно вывести, используя определения этих функций в виде `tg \frac \alpha 2=\frac` и `ctg \frac \alpha 2=\frac`, а также две уже доказанные выше формулы для синуса и косинуса.

Примеры использования при решении задач

Пример 1. Найти `cos 15^\circ`, если известно, что `cos 30^\circ=\frac<\sqrt3>2`.

Решение. Формула половинного угла для тригонометрической функции косинус имеет вид `cos^2 \ \frac \alpha 2=\frac <1+cos \ \alpha>2`. Подставив известные значения, имеем `cos^2 15^\circ=\frac <1+cos 30^\circ>2=` `\frac<1+\frac<\sqrt3>2>2=\frac<2+\sqrt3>4`. Имея значение `cos^2 15^\circ`, найдем `cos 15^\circ`. Поскольку угол 15 градусов лежит в первой координатной четверти, а косинус в этой четверти имеет знак «+», то `cos 15^\circ=\sqrt<\frac<2+\sqrt3>4>=` `\frac<\sqrt<2+\sqrt3>>2`.

Пример 2. Вычислить значение выражения `4cos \frac <\alpha>2+2cos \alpha+5`, если `cos \alpha=\frac <1>8`.

Решение. Используя ту же формулу, что и в первом примере (`cos \ \frac \alpha 2=\pm \sqrt<\frac <1+cos \ \alpha>2>`) и известное значение косинуса, упростим выражение: `4\sqrt<\frac <1+cos \ \alpha>2>+2cos \alpha+5=4\sqrt<\frac <1+\frac <1>8>2>+2 \cdot \frac <1>8+5=` `4\sqrt<\frac <9>16>+\frac<1>4+5=8\frac<1>4`.

Ответ. `4cos \frac <\alpha>2+2cos \alpha+5=8\frac<1>4`.

Еще несколько примеров с подробным объяснением посмотрите на видео:

В большинстве случаев формулы половинного угла используются при преобразовании тригонометрических выражений.

Тригонометрические формулы половинного угла

Время чтения: 6 минут

Определение и формулы половинного угла

Формулы половинного угла (аргумента) представляют собой противоположность формулам двойного угла, так как они выражают синус, косинус, тангенс и котангенс угла \[\frac<\alpha><2>\] при помощи тригонометрических функций угла \[a\].

Дальше в статье, мы рассмотрим доказательства этих формул, а также примеры их решений.

У этих формул есть ещё одно название, их также называют «формулами понижения степени». Причины такого название кроется в том, что в части слева находится вторая степень синуса и косинуса, а в части справа первая, что означает степень понизилась, но не забывайте, что степени снижается, а аргумент удваивается.

Формулы половинного угла: примеры

Давайте рассмотрим основные тригонометрические формулы половинного угла в тригонометрии.

Формулы, применяемые как для синуса, так и косинуса половинного угла не зависит от заданного значения угла α. Для тангенса в независимости от угла α определяется следующим видом \[\tan \frac<\alpha><2>\], где значение угла a≠π+2π•z, а значение z равняется любому целому числу. Значение выражения 1+cosα не должно быть равно нулю. Формула котангенса угла будет считаться верной, если любой угол α, где имеет место быть половинный угол α в тригонометрии, принимает следующий вид α ≠2π•z.

Самыми важными тригонометрическими формулами половинного угла являются тригонометрических функций с квадратами, которые могут быть выведены и через положительные, и отрицательное значение арифметического квадратного корня. Получаются следующие формулы половинного угла:

Знак «-» свидетельствуют о том, что тригонометрическая функция определяется четвертью угла \[\frac<\alpha><2>\]

Доказательство тригонометрических функций половинного угла

Доказательство тригонометрических формул половинного угла строится на основании формулы косинуса двойного угла \[\cos \alpha=1-2 \times \frac<\alpha><2>\] и \[\cos \alpha=2 \times \frac<\alpha><2>-1\]. Упростим первое выражение по \[\frac<\alpha><2>\], придем к формуле половинного угла в тригонометрии \[\frac<\alpha><2>=\frac<1-\cos \alpha><2>\], упростим по тому принципу второе выражение \[\frac<\alpha><2>\], получаем выражение \[\frac<\alpha><2>=\frac<1+\cos \alpha><2>\].

Для доказательства формул половинного угла для тангенса и котангенса угла \[\frac<\alpha><2>\] применим основное тригонометрическое тождество:

В основное тригонометрическое тождество нужно подставить тригонометрические формулы половинного угла косинуса и синуса, доказанные выше. При подстановке получаем выражение следующего вида:

Посмотрим применение форму тригонометрического половинного угла на решение примеров.

Рассмотрим первое задание.

Найдите cos15°, если известно, что \[\cos 30^<\circ>=\frac<\sqrt<3>><2>\].

Решение данного задания.

Воспользуемся формулой половинного угла для функции косинус в тригонометрии имеет следующий вид \[\frac <\cos ^<2>\alpha><2>=\frac<1+\cos \alpha><2>\].

Подставим значения, которая известная, в указанную тригонометрическую формулу:

Так как у нас имеется значение 15°, найдем cos15°.

Так как угол 15° находится в первой координатной четверти, а косинус там имеет положительное значение, то \[\cos 15^<\circ>=\frac<\sqrt<2+\sqrt<3>>><\sqrt<4>>=\frac<\sqrt<2+\sqrt<3>>><2>\]