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:

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

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

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

cosαsinβ=12[sin(α+β)sin(αβ)]\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 sinαsinβ\sin\alpha\sin\beta

Polazimo od adicionih formula za kosinus:

cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha\cos\beta + \sin\alpha\sin\beta

cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ\cos(\alpha + \beta) = \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta

Oduzimamo drugu od prve:

cos(αβ)cos(α+β)=2sinαsinβ\cos(\alpha - \beta) - \cos(\alpha + \beta) = 2\sin\alpha\sin\beta

Delimo sa 22:

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


Formula za cosαcosβ\cos\alpha\cos\beta

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

cos(αβ)+cos(α+β)=2cosαcosβ\cos(\alpha - \beta) + \cos(\alpha + \beta) = 2\cos\alpha\cos\beta

Delimo sa 22:

cosαcosβ=12[cos(αβ)+cos(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha - \beta) + \cos(\alpha + \beta)]


Formula za sinαcosβ\sin\alpha\cos\beta

Polazimo od adicionih formula za sinus:

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta

sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ\sin(\alpha - \beta) = \sin\alpha\cos\beta - \cos\alpha\sin\beta

Sabiramo obe jednačine:

sin(α+β)+sin(αβ)=2sinαcosβ\sin(\alpha + \beta) + \sin(\alpha - \beta) = 2\sin\alpha\cos\beta

Delimo sa 22:

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


Formula za cosαsinβ\cos\alpha\sin\beta

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

sin(α+β)sin(αβ)=2cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) - \sin(\alpha - \beta) = 2\cos\alpha\sin\beta

Delimo sa 22:

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


Primeri

Direktna primena formule

Zadatak. Uprostiti: cos10°cos50°cos70°\cos 10° \cos 50° \cos 70°.

Korak 1. Primenjujemo formulu cosαcosβ=12[cos(αβ)+cos(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)+\cos(\alpha+\beta)] na cos50°cos70°\cos 50°\cos 70°:

cos50°cos70°=12(cos20°+cos120°)=12(cos20°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 cos10°\cos 10°:

cos10°12(cos20°12)=12cos10°cos20°14cos10°\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 cos10°cos20°\cos 10°\cos 20°:

cos10°cos20°=12(cos10°+cos30°)\cos 10°\cos 20° = \frac{1}{2}(\cos 10° + \cos 30°)

Korak 4. Uvrštavamo i sređujemo:

1212(cos10°+cos30°)14cos10°=14cos10°+14cos30°14cos10°=1432=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: 4sinαsin2αsin3α=sin2α+sin4αsin6α4\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 sinαsinβ=12[cos(αβ)cos(α+β)]\sin\alpha\sin\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)]:

sinαsin3α=12(cos2αcos4α)\sin\alpha\sin 3\alpha = \frac{1}{2}(\cos 2\alpha - \cos 4\alpha)

Korak 2. Uvrštavamo nazad:

4sin2α12(cos2αcos4α)=2sin2αcos2α2sin2αcos4α4\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 2sinxcosx=sin2x2\sin x\cos x = \sin 2x, a na drugi sinαcosβ=12[sin(α+β)+sin(αβ)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)]:

sin4α212(sin6α+sin(2α))=sin4αsin6α+sin2α\sin 4\alpha - 2 \cdot \frac{1}{2}(\sin 6\alpha + \sin(-2\alpha)) = \sin 4\alpha - \sin 6\alpha + \sin 2\alpha

=sin2α+sin4αsin6α= \sin 2\alpha + \sin 4\alpha - \sin 6\alpha \checkmark

Zadatak. Dokazati: 4sinαsinβcos(α+β)=cos2α+cos2βcos2(α+β)14\sin\alpha\sin\beta\cos(\alpha+\beta) = \cos 2\alpha + \cos 2\beta - \cos 2(\alpha+\beta) - 1.

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

412[cos(αβ)cos(α+β)]cos(α+β)4 \cdot \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta) - \cos(\alpha+\beta)]\cos(\alpha+\beta)

=2cos(αβ)cos(α+β)2cos2(α+β)= 2\cos(\alpha-\beta)\cos(\alpha+\beta) - 2\cos^2(\alpha+\beta)

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

2cos(αβ)cos(α+β)=cos2α+cos(2β)=cos2α+cos2β2\cos(\alpha-\beta)\cos(\alpha+\beta) = \cos 2\alpha + \cos(-2\beta) = \cos 2\alpha + \cos 2\beta

Korak 3. Drugi sabirak svodimo koristeci 2cos2x=cos2x+12\cos^2 x = \cos 2x + 1 (iz formule cos2x=2cos2x1\cos 2x = 2\cos^2 x - 1):

2cos2(α+β)=cos2(α+β)+12\cos^2(\alpha+\beta) = \cos 2(\alpha+\beta) + 1

Korak 4. Spajamo:

(cos2α+cos2β)(cos2(α+β)+1)=cos2α+cos2βcos2(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: sin3αcosα=18(2sin2αsin4α)\sin^3\alpha\cos\alpha = \dfrac{1}{8}(2\sin 2\alpha - \sin 4\alpha).

Korak 1. Pišemo sin3αcosα=sin2α(sinαcosα)\sin^3\alpha\cos\alpha = \sin^2\alpha \cdot (\sin\alpha\cos\alpha) i zamenjujemo sinαcosα=12sin2α\sin\alpha\cos\alpha = \frac{1}{2}\sin 2\alpha, a sin2α=1cos2α2\sin^2\alpha = \frac{1-\cos 2\alpha}{2}:

L=1cos2α2sin2α2=14(1cos2α)sin2αL = \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 sin2αcos2α\sin 2\alpha\cos 2\alpha primenjujemo sinαcosβ=12[sin(α+β)+sin(αβ)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)]:

14(sin2αsin2αcos2α)=14(sin2α12sin4α)\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(2sin2αsin4α)= \frac{1}{8}(2\sin 2\alpha - \sin 4\alpha) \checkmark

Zadatak. Dokazati: sin2αcos3α=116(2cosαcos3αcos5α)\sin^2\alpha\cos^3\alpha = \dfrac{1}{16}(2\cos\alpha - \cos 3\alpha - \cos 5\alpha).

Korak 1. Koristimo sin2α=1cos2α2\sin^2\alpha = \dfrac{1-\cos 2\alpha}{2} i cos3α=3cosα+cos3α4\cos^3\alpha = \dfrac{3\cos\alpha + \cos 3\alpha}{4}:

L=1cos2α23cosα+cos3α4=18(3cosα+cos3αcos2α(3cosα+cos3α))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 cosαcosβ=12[cos(αβ)+cos(α+β)]\cos\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)+\cos(\alpha+\beta)] na oba proizvoda:

cos2αcosα=12(cosα+cos3α)\cos 2\alpha\cos\alpha = \frac{1}{2}(\cos\alpha + \cos 3\alpha)

cos2αcos3α=12(cosα+cos5α)\cos 2\alpha\cos 3\alpha = \frac{1}{2}(\cos\alpha + \cos 5\alpha)

Korak 3. Uvrštavamo i sređujemo:

L=18(3cosα+cos3α32cosα32cos3α12cosα12cos5α)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)

=1812(4cosαcos3αcos5α)= \frac{1}{8} \cdot \frac{1}{2}(4\cos\alpha - \cos 3\alpha - \cos 5\alpha)

=116(2cosαcos3αcos5α)= \frac{1}{16}(2\cos\alpha - \cos 3\alpha - \cos 5\alpha) \checkmark

Zadaci za vežbanje

10 ukupno