Transformacije proizvoda trigonometrijskih funkcija u zbir i razliku

Kombinovanjem adicionih formula za sinus i kosinus dobijaju se formule koje omogućavaju pretvaranje proizvoda trigonometrijskih funkcija u zbir ili razliku, kao i obrnuto. Njihova primena olakšava transformaciju i sređivanje trigonometrijskih izraza.


Formule

Proizvod u zbir:

sin⁡α⋅sin⁡β=12[cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)]\sin\alpha \cdot \sin\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha - \beta) - \cos(\alpha + \beta)]

cos⁡α⋅cos⁡β=12[cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)]\cos\alpha \cdot \cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha - \beta) + \cos(\alpha + \beta)]

sin⁡α⋅cos⁡β=12[sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)]\sin\alpha \cdot \cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha + \beta) + \sin(\alpha - \beta)]

cos⁡α⋅sin⁡β=12[sin⁡(α+β)−sin⁡(α−β)]\cos\alpha \cdot \sin\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha + \beta) - \sin(\alpha - \beta)]


Izvođenje formula

Sve četiri formule dobijaju se oduzimanjem ili sabiranjem adicionih formula za sinus i kosinus.


Formula za sin⁡αsin⁡β\sin\alpha\sin\beta

Polazimo od adicionih formula za kosinus:

cos⁡(α−β)=cos⁡αcos⁡β+sin⁡αsin⁡β\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha\cos\beta + \sin\alpha\sin\beta

cos⁡(α+β)=cos⁡αcos⁡β−sin⁡αsin⁡β\cos(\alpha + \beta) = \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta

Oduzimamo drugu od prve:

cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)=2sin⁡αsin⁡β\cos(\alpha - \beta) - \cos(\alpha + \beta) = 2\sin\alpha\sin\beta

Delimo sa 22:

sin⁡αsin⁡β=12[cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)]\sin\alpha\sin\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha - \beta) - \cos(\alpha + \beta)]


Formula za cos⁡αcos⁡β\cos\alpha\cos\beta

Polazimo od istih adicionih formula za kosinus i ovaj put sabiramo:

cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)=2cos⁡αcos⁡β\cos(\alpha - \beta) + \cos(\alpha + \beta) = 2\cos\alpha\cos\beta

Delimo sa 22:

cos⁡αcos⁡β=12[cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha - \beta) + \cos(\alpha + \beta)]


Formula za sin⁡αcos⁡β\sin\alpha\cos\beta

Polazimo od adicionih formula za sinus:

sin⁡(α+β)=sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡β\sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta

sin⁡(α−β)=sin⁡αcos⁡β−cos⁡αsin⁡β\sin(\alpha - \beta) = \sin\alpha\cos\beta - \cos\alpha\sin\beta

Sabiramo obe jednačine:

sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)=2sin⁡αcos⁡β\sin(\alpha + \beta) + \sin(\alpha - \beta) = 2\sin\alpha\cos\beta

Delimo sa 22:

sin⁡αcos⁡β=12[sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha + \beta) + \sin(\alpha - \beta)]


Formula za cos⁡αsin⁡β\cos\alpha\sin\beta

Polazimo od istih adicionih formula za sinus i oduzimamo drugu od prve:

sin⁡(α+β)−sin⁡(α−β)=2cos⁡αsin⁡β\sin(\alpha + \beta) - \sin(\alpha - \beta) = 2\cos\alpha\sin\beta

Delimo sa 22:

cos⁡αsin⁡β=12[sin⁡(α+β)−sin⁡(α−β)]\cos\alpha\sin\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha + \beta) - \sin(\alpha - \beta)]


Primeri

Direktna primena formule

Zadatak. Uprostiti: cos⁡10°cos⁡50°cos⁡70°\cos 10° \cos 50° \cos 70°.

Korak 1. Primenjujemo formulu cos⁡αcos⁡β=12[cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)+\cos(\alpha+\beta)] na cos⁡50°cos⁡70°\cos 50°\cos 70°:

cos⁡50°cos⁡70°=12(cos⁡20°+cos⁡120°)=12(cos⁡20°−12)\cos 50°\cos 70° = \frac{1}{2}(\cos 20° + \cos 120°) = \frac{1}{2}\left(\cos 20° - \frac{1}{2}\right)

Korak 2. Množimo sa cos⁡10°\cos 10°:

cos⁡10°⋅12(cos⁡20°−12)=12cos⁡10°cos⁡20°−14cos⁡10°\cos 10° \cdot \frac{1}{2}\left(\cos 20° - \frac{1}{2}\right) = \frac{1}{2}\cos 10°\cos 20° - \frac{1}{4}\cos 10°

Korak 3. Primenjujemo istu formulu na cos⁡10°cos⁡20°\cos 10°\cos 20°:

cos⁡10°cos⁡20°=12(cos⁡10°+cos⁡30°)\cos 10°\cos 20° = \frac{1}{2}(\cos 10° + \cos 30°)

Korak 4. Uvrštavamo i sređujemo:

12⋅12(cos⁡10°+cos⁡30°)−14cos⁡10°=14cos⁡10°+14cos⁡30°−14cos⁡10°=14⋅32=38\frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2}(\cos 10° + \cos 30°) - \frac{1}{4}\cos 10° = \frac{1}{4}\cos 10° + \frac{1}{4}\cos 30° - \frac{1}{4}\cos 10° = \frac{1}{4} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\sqrt{3}}{8}

Dokazivanje identiteta

Zadatak. Dokazati: 4sin⁡αsin⁡2αsin⁡3α=sin⁡2α+sin⁡4α−sin⁡6α4\sin\alpha\sin 2\alpha\sin 3\alpha = \sin 2\alpha + \sin 4\alpha - \sin 6\alpha.

Korak 1. Grupišemo prvi i treći faktor i primenjujemo sin⁡αsin⁡β=12[cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)]\sin\alpha\sin\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)]:

sin⁡αsin⁡3α=12(cos⁡2α−cos⁡4α)\sin\alpha\sin 3\alpha = \frac{1}{2}(\cos 2\alpha - \cos 4\alpha)

Korak 2. Uvrštavamo nazad:

4sin⁡2α⋅12(cos⁡2α−cos⁡4α)=2sin⁡2αcos⁡2α−2sin⁡2αcos⁡4α4\sin 2\alpha \cdot \frac{1}{2}(\cos 2\alpha - \cos 4\alpha) = 2\sin 2\alpha\cos 2\alpha - 2\sin 2\alpha\cos 4\alpha

Korak 3. Na prvi član primenjujemo 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡2x2\sin x\cos x = \sin 2x, a na drugi sin⁡αcos⁡β=12[sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)]:

sin⁡4α−2⋅12(sin⁡6α+sin⁡(−2α))=sin⁡4α−sin⁡6α+sin⁡2α\sin 4\alpha - 2 \cdot \frac{1}{2}(\sin 6\alpha + \sin(-2\alpha)) = \sin 4\alpha - \sin 6\alpha + \sin 2\alpha

=sin⁡2α+sin⁡4α−sin⁡6α✓= \sin 2\alpha + \sin 4\alpha - \sin 6\alpha \checkmark

Zadatak. Dokazati: 4sin⁡αsin⁡βcos⁡(α+β)=cos⁡2α+cos⁡2β−cos⁡2(α+β)−14\sin\alpha\sin\beta\cos(\alpha+\beta) = \cos 2\alpha + \cos 2\beta - \cos 2(\alpha+\beta) - 1.

Korak 1. Primenjujemo sin⁡αsin⁡β=12[cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)]\sin\alpha\sin\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)]:

4⋅12[cos⁡(α−β)−cos⁡(α+β)]cos⁡(α+β)4 \cdot \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta) - \cos(\alpha+\beta)]\cos(\alpha+\beta)

=2cos⁡(α−β)cos⁡(α+β)−2cos⁡2(α+β)= 2\cos(\alpha-\beta)\cos(\alpha+\beta) - 2\cos^2(\alpha+\beta)

Korak 2. Na prvi sabirak primenjujemo cos⁡αcos⁡β=12[cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)+\cos(\alpha+\beta)]:

2cos⁡(α−β)cos⁡(α+β)=cos⁡2α+cos⁡(−2β)=cos⁡2α+cos⁡2β2\cos(\alpha-\beta)\cos(\alpha+\beta) = \cos 2\alpha + \cos(-2\beta) = \cos 2\alpha + \cos 2\beta

Korak 3. Drugi sabirak svodimo koristeci 2cos⁡2x=cos⁡2x+12\cos^2 x = \cos 2x + 1 (iz formule cos⁡2x=2cos⁡2x−1\cos 2x = 2\cos^2 x - 1):

2cos⁡2(α+β)=cos⁡2(α+β)+12\cos^2(\alpha+\beta) = \cos 2(\alpha+\beta) + 1

Korak 4. Spajamo:

(cos⁡2α+cos⁡2β)−(cos⁡2(α+β)+1)=cos⁡2α+cos⁡2β−cos⁡2(α+β)−1✓(\cos 2\alpha + \cos 2\beta) - (\cos 2(\alpha+\beta) + 1) = \cos 2\alpha + \cos 2\beta - \cos 2(\alpha+\beta) - 1 \checkmark

Stepenovanje i dokazivanje sa višestrukim uglovima

Zadatak. Dokazati: sin⁡3αcos⁡α=18(2sin⁡2α−sin⁡4α)\sin^3\alpha\cos\alpha = \dfrac{1}{8}(2\sin 2\alpha - \sin 4\alpha).

Korak 1. Pišemo sin⁡3αcos⁡α=sin⁡2α⋅(sin⁡αcos⁡α)\sin^3\alpha\cos\alpha = \sin^2\alpha \cdot (\sin\alpha\cos\alpha) i zamenjujemo sin⁡αcos⁡α=12sin⁡2α\sin\alpha\cos\alpha = \frac{1}{2}\sin 2\alpha, a sin⁡2α=1−cos⁡2α2\sin^2\alpha = \frac{1-\cos 2\alpha}{2}:

L=1−cos⁡2α2⋅sin⁡2α2=14(1−cos⁡2α)sin⁡2αL = \frac{1-\cos 2\alpha}{2} \cdot \frac{\sin 2\alpha}{2} = \frac{1}{4}(1-\cos 2\alpha)\sin 2\alpha

Korak 2. Razvijamo i na sin⁡2αcos⁡2α\sin 2\alpha\cos 2\alpha primenjujemo sin⁡αcos⁡β=12[sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)]:

14(sin⁡2α−sin⁡2αcos⁡2α)=14(sin⁡2α−12sin⁡4α)\frac{1}{4}\left(\sin 2\alpha - \sin 2\alpha\cos 2\alpha\right) = \frac{1}{4}\left(\sin 2\alpha - \frac{1}{2}\sin 4\alpha\right)

Korak 3. Izvlačimo 12\frac{1}{2} ispred zagrade:

=18(2sin⁡2α−sin⁡4α)✓= \frac{1}{8}(2\sin 2\alpha - \sin 4\alpha) \checkmark

Zadatak. Dokazati: sin⁡2αcos⁡3α=116(2cos⁡α−cos⁡3α−cos⁡5α)\sin^2\alpha\cos^3\alpha = \dfrac{1}{16}(2\cos\alpha - \cos 3\alpha - \cos 5\alpha).

Korak 1. Koristimo sin⁡2α=1−cos⁡2α2\sin^2\alpha = \dfrac{1-\cos 2\alpha}{2} i cos⁡3α=3cos⁡α+cos⁡3α4\cos^3\alpha = \dfrac{3\cos\alpha + \cos 3\alpha}{4}:

L=1−cos⁡2α2⋅3cos⁡α+cos⁡3α4=18(3cos⁡α+cos⁡3α−cos⁡2α(3cos⁡α+cos⁡3α))L = \frac{1-\cos 2\alpha}{2} \cdot \frac{3\cos\alpha + \cos 3\alpha}{4} = \frac{1}{8}(3\cos\alpha + \cos 3\alpha - \cos 2\alpha(3\cos\alpha + \cos 3\alpha))

Korak 2. Primenjujemo cos⁡αcos⁡β=12[cos⁡(α−β)+cos⁡(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)+\cos(\alpha+\beta)] na oba proizvoda:

cos⁡2αcos⁡α=12(cos⁡α+cos⁡3α)\cos 2\alpha\cos\alpha = \frac{1}{2}(\cos\alpha + \cos 3\alpha)

cos⁡2αcos⁡3α=12(cos⁡α+cos⁡5α)\cos 2\alpha\cos 3\alpha = \frac{1}{2}(\cos\alpha + \cos 5\alpha)

Korak 3. Uvrštavamo i sređujemo:

L=18(3cos⁡α+cos⁡3α−32cos⁡α−32cos⁡3α−12cos⁡α−12cos⁡5α)L = \frac{1}{8}\left(3\cos\alpha + \cos 3\alpha - \frac{3}{2}\cos\alpha - \frac{3}{2}\cos 3\alpha - \frac{1}{2}\cos\alpha - \frac{1}{2}\cos 5\alpha\right)

=18⋅12(4cos⁡α−cos⁡3α−cos⁡5α)= \frac{1}{8} \cdot \frac{1}{2}(4\cos\alpha - \cos 3\alpha - \cos 5\alpha)

=116(2cos⁡α−cos⁡3α−cos⁡5α)✓= \frac{1}{16}(2\cos\alpha - \cos 3\alpha - \cos 5\alpha) \checkmark

Zadaci za vežbanje

10 ukupno