Transformacije zbira i razlike trigonometrijskih funkcija u proizvod

Zbir ili razliku trigonometrijskih funkcija možemo pretvoriti u proizvod. Njihova primena olakšava transformaciju i sređivanje trigonometrijskih izraza.


Formule

sin⁡α+sin⁡β=2sin⁡α+β2cos⁡α−β2\sin\alpha + \sin\beta = 2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}

sin⁡α−sin⁡β=2cos⁡α+β2sin⁡α−β2\sin\alpha - \sin\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2}

cos⁡α+cos⁡β=2cos⁡α+β2cos⁡α−β2\cos\alpha + \cos\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}

cos⁡α−cos⁡β=−2sin⁡α+β2sin⁡α−β2\cos\alpha - \cos\beta = -2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2}

Jedino kod razlike kosinusa stoji minus ispred 22. Ovo je najčešće mesto greške pri primeni formula.


Izvođenje formula

Sve četiri formule dobijaju se direktno iz formula za pretvaranje proizvoda u zbir, zamenom promenljivih.


Formula za sin⁡α+sin⁡β\sin\alpha + \sin\beta

Polazimo od formula za pretvaranje proizvoda u zbir:

sin⁡xcos⁡y=12[sin⁡(x+y)+sin⁡(x−y)]\sin x \cos y = \frac{1}{2}[\sin(x+y) + \sin(x-y)]

Odatle:

2sin⁡xcos⁡y=sin⁡(x+y)+sin⁡(x−y)2\sin x\cos y = \sin(x+y) + \sin(x-y)

Uvodimo smenu α=x+y\alpha = x + y i β=x−y\beta = x - y.

Sabiranjem dobijamo α+β=2x\alpha + \beta = 2x, dakle x=α+β2x = \dfrac{\alpha+\beta}{2}.

Oduzimanjem dobijamo α−β=2y\alpha - \beta = 2y, dakle y=α−β2y = \dfrac{\alpha-\beta}{2}:

sin⁡α+sin⁡β=2sin⁡α+β2cos⁡α−β2\sin\alpha + \sin\beta = 2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}


Formula za sin⁡α−sin⁡β\sin\alpha - \sin\beta

Polazimo od:

2cos⁡xsin⁡y=sin⁡(x+y)−sin⁡(x−y)2\cos x\sin y = \sin(x+y) - \sin(x-y)

Istom smenom α=x+y\alpha = x+y, β=x−y\beta = x-y:

sin⁡α−sin⁡β=2cos⁡α+β2sin⁡α−β2\sin\alpha - \sin\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2}


Formula za cos⁡α+cos⁡β\cos\alpha + \cos\beta

Polazimo od:

2cos⁡xcos⁡y=cos⁡(x−y)+cos⁡(x+y)2\cos x\cos y = \cos(x-y) + \cos(x+y)

Istom smenom:

cos⁡α+cos⁡β=2cos⁡α+β2cos⁡α−β2\cos\alpha + \cos\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}


Formula za cos⁡α−cos⁡β\cos\alpha - \cos\beta

Polazimo od:

2sin⁡xsin⁡y=cos⁡(x−y)−cos⁡(x+y)2\sin x\sin y = \cos(x-y) - \cos(x+y)

Odatle cos⁡(x+y)−cos⁡(x−y)=−2sin⁡xsin⁡y\cos(x+y) - \cos(x-y) = -2\sin x\sin y, pa istom smenom:

cos⁡α−cos⁡β=−2sin⁡α+β2sin⁡α−β2\cos\alpha - \cos\beta = -2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2}

Ove četiri formule nije potrebno posebno pamtiti ako se dobro znaju formule za pretvaranje proizvoda u zbir. Smena α=x+y\alpha = x+y, β=x−y\beta = x-y uvek daje obrnut smer.


Primeri

Direktna primena formule

Zadatak. Transformisati u proizvod: sin⁡20°+cos⁡50°\sin 20° + \cos 50°.

Da bismo primenili formule, oba člana moraju biti iste trigonometrijske funkcije. Koristimo cos⁡50°=sin⁡(90°−50°)=sin⁡40°\cos 50° = \sin(90° - 50°) = \sin 40°:

sin⁡20°+sin⁡40°=2sin⁡20°+40°2cos⁡20°−40°2=2sin⁡30°cos⁡(−10°)\sin 20° + \sin 40° = 2\sin\frac{20°+40°}{2}\cos\frac{20°-40°}{2} = 2\sin 30°\cos(-10°)

Pošto je cos⁡(−10°)=cos⁡10°\cos(-10°) = \cos 10° i sin⁡30°=12\sin 30° = \dfrac{1}{2}:

=2⋅12⋅cos⁡10°=cos⁡10°= 2 \cdot \frac{1}{2} \cdot \cos 10° = \cos 10°

Zadatak. Transformisati u proizvod: 1−sin⁡α+cos⁡α1 - \sin\alpha + \cos\alpha.

Grupišemo (1+cos⁡α)−sin⁡α(1 + \cos\alpha) - \sin\alpha i primenjujemo 1+cos⁡α=2cos⁡2α21 + \cos\alpha = 2\cos^2\dfrac{\alpha}{2} i sin⁡α=2sin⁡α2cos⁡α2\sin\alpha = 2\sin\dfrac{\alpha}{2}\cos\dfrac{\alpha}{2}:

2cos⁡2α2−2sin⁡α2cos⁡α2=2cos⁡α2(cos⁡α2−sin⁡α2)2\cos^2\frac{\alpha}{2} - 2\sin\frac{\alpha}{2}\cos\frac{\alpha}{2} = 2\cos\frac{\alpha}{2}\left(\cos\frac{\alpha}{2} - \sin\frac{\alpha}{2}\right)

Zadatak. Transformisati u proizvod: sin⁡x+3cos⁡x\sin x + \sqrt{3}\cos x.

Zapisujemo 3=tg⁡π3=sin⁡π3cos⁡π3\sqrt{3} = \operatorname{tg}\dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\sin\frac{\pi}{3}}{\cos\frac{\pi}{3}} i svodimo na zajednički imenilac cos⁡π3\cos\dfrac{\pi}{3}:

sin⁡xcos⁡π3+cos⁡xsin⁡π3cos⁡π3\frac{\sin x\cos\frac{\pi}{3} + \cos x\sin\frac{\pi}{3}}{\cos\frac{\pi}{3}}

Brojilac prepoznajemo kao adicionu formulu za sinus zbira:

sin⁡(x+π3)12=2sin⁡(x+π3)\frac{\sin\left(x + \frac{\pi}{3}\right)}{\frac{1}{2}} = 2\sin\left(x + \frac{\pi}{3}\right)


Dokazivanje identiteta

Zadatak. Dokazati: sin⁡α−2sin⁡2α+sin⁡3αcos⁡α−2cos⁡2α+cos⁡3α=tg⁡2α\dfrac{\sin\alpha - 2\sin 2\alpha + \sin 3\alpha}{\cos\alpha - 2\cos 2\alpha + \cos 3\alpha} = \operatorname{tg} 2\alpha.

Korak 1. Grupisemo prvi i treći član posebno u brojiocu i imeniocu:

L=(sin⁡3α+sin⁡α)−2sin⁡2α(cos⁡3α+cos⁡α)−2cos⁡2αL = \frac{(\sin 3\alpha + \sin\alpha) - 2\sin 2\alpha}{(\cos 3\alpha + \cos\alpha) - 2\cos 2\alpha}

Korak 2. Primenjujemo formule za zbir sinusa i kosinusa:

sin⁡3α+sin⁡α=2sin⁡2αcos⁡α\sin 3\alpha + \sin\alpha = 2\sin 2\alpha\cos\alpha

cos⁡3α+cos⁡α=2cos⁡2αcos⁡α\cos 3\alpha + \cos\alpha = 2\cos 2\alpha\cos\alpha

Korak 3. Uvrštavamo i izvlačimo zajedničke faktore:

L=2sin⁡2αcos⁡α−2sin⁡2α2cos⁡2αcos⁡α−2cos⁡2α=2sin⁡2α(cos⁡α−1)2cos⁡2α(cos⁡α−1)=sin⁡2αcos⁡2α=tg⁡2α✓L = \frac{2\sin 2\alpha\cos\alpha - 2\sin 2\alpha}{2\cos 2\alpha\cos\alpha - 2\cos 2\alpha} = \frac{2\sin 2\alpha(\cos\alpha - 1)}{2\cos 2\alpha(\cos\alpha - 1)} = \frac{\sin 2\alpha}{\cos 2\alpha} = \operatorname{tg} 2\alpha \checkmark

Zadatak. Dokazati: 1+cos⁡α+cos⁡2α+cos⁡3αcos⁡α+cos⁡2α=2cos⁡α\dfrac{1 + \cos\alpha + \cos 2\alpha + \cos 3\alpha}{\cos\alpha + \cos 2\alpha} = 2\cos\alpha.

Korak 1. Grupišemo u brojiocu (1+cos⁡2α)+(cos⁡α+cos⁡3α)(1 + \cos 2\alpha) + (\cos\alpha + \cos 3\alpha).

Korak 2. Na prvi par primenjujemo 1+cos⁡2α=2cos⁡2α1 + \cos 2\alpha = 2\cos^2\alpha, a na drugi formulu za zbir kosinusa:

cos⁡α+cos⁡3α=2cos⁡2αcos⁡α\cos\alpha + \cos 3\alpha = 2\cos 2\alpha\cos\alpha

Korak 3. Brojioc postaje 2cos⁡2α+2cos⁡2αcos⁡α=2cos⁡α(cos⁡α+cos⁡2α)2\cos^2\alpha + 2\cos 2\alpha\cos\alpha = 2\cos\alpha(\cos\alpha + \cos 2\alpha), pa skraćujemo:

L=2cos⁡α(cos⁡α+cos⁡2α)cos⁡α+cos⁡2α=2cos⁡α✓L = \frac{2\cos\alpha(\cos\alpha + \cos 2\alpha)}{\cos\alpha + \cos 2\alpha} = 2\cos\alpha \checkmark

Zadatak. Dokazati: 1−cos⁡x=2sin⁡2x21 - \cos x = 2\sin^2\dfrac{x}{2}.

Zapisujemo 1=cos⁡01 = \cos 0 i primenjujemo formulu za razliku kosinusa cos⁡α−cos⁡β=−2sin⁡α+β2sin⁡α−β2\cos\alpha - \cos\beta = -2\sin\dfrac{\alpha+\beta}{2}\sin\dfrac{\alpha-\beta}{2} sa α=0\alpha = 0, β=x\beta = x:

cos⁡0−cos⁡x=−2sin⁡x2sin⁡(−x2)=−2sin⁡x2⋅(−sin⁡x2)=2sin⁡2x2✓\cos 0 - \cos x = -2\sin\frac{x}{2}\sin\left(-\frac{x}{2}\right) = -2\sin\frac{x}{2}\cdot\left(-\sin\frac{x}{2}\right) = 2\sin^2\frac{x}{2} \checkmark


Izračunavanje pri poznatim vrednostima

Zadatak. Odrediti tg⁡α⋅tg⁡β\operatorname{tg}\alpha\cdot\operatorname{tg}\beta, ako je cos⁡(α+β)=13\cos(\alpha+\beta) = \dfrac{1}{3} i cos⁡(α−β)=15\cos(\alpha-\beta) = \dfrac{1}{5}.

Korak 1. Izražavamo proizvod tangensa preko sinusa i kosinusa i primenjujemo formule za pretvaranje proizvoda u zbir:

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

Korak 2. Skraćujemo 12\dfrac{1}{2} i uvrštavamo poznate vrednosti:

=15−1315+13=3−5153+515=−28=−14= \frac{\frac{1}{5} - \frac{1}{3}}{\frac{1}{5} + \frac{1}{3}} = \frac{\frac{3-5}{15}}{\frac{3+5}{15}} = \frac{-2}{8} = -\frac{1}{4}

Zadatak. Uprostiti: tg⁡40°+ctg⁡40°\operatorname{tg} 40° + \operatorname{ctg} 40°.

Korak 1. Zapisujemo preko sinusa i kosinusa i svodimo na zajednički imenilac:

sin⁡40°cos⁡40°+cos⁡40°sin⁡40°=sin⁡240°+cos⁡240°sin⁡40°cos⁡40°=1sin⁡40°cos⁡40°\frac{\sin 40°}{\cos 40°} + \frac{\cos 40°}{\sin 40°} = \frac{\sin^2 40° + \cos^2 40°}{\sin 40°\cos 40°} = \frac{1}{\sin 40°\cos 40°}

Korak 2. Na imenilac primenjujemo formulu sin⁡αcos⁡β=12[sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta) + \sin(\alpha-\beta)] sa α=β=40°\alpha = \beta = 40°:

sin⁡40°cos⁡40°=12(sin⁡80°+sin⁡0°)=12sin⁡80°\sin 40°\cos 40° = \frac{1}{2}(\sin 80° + \sin 0°) = \frac{1}{2}\sin 80°

Korak 3. Rezultat:

112sin⁡80°=2sin⁡80°\frac{1}{\frac{1}{2}\sin 80°} = \frac{2}{\sin 80°}


Relacije između uglova trougla

Kada su α\alpha, β\beta, γ\gamma uglovi trougla, važi α+β+γ=π\alpha + \beta + \gamma = \pi, što daje korisne veze koje se dokazuju svođenjem.

Zadatak. Dokazati da za uglove trougla α\alpha, β\beta, γ\gamma važi:

sin⁡α2=cos⁡β+γ2cos⁡α2=sin⁡β+γ2tg⁡α2=ctg⁡β+γ2\sin\frac{\alpha}{2} = \cos\frac{\beta+\gamma}{2} \qquad \cos\frac{\alpha}{2} = \sin\frac{\beta+\gamma}{2} \qquad \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} = \operatorname{ctg}\frac{\beta+\gamma}{2}

Iz α+β+γ=π\alpha + \beta + \gamma = \pi sledi β+γ=π−α\beta + \gamma = \pi - \alpha, pa deljenjem sa 22:

β+γ2=π2−α2\frac{\beta+\gamma}{2} = \frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}

Sada primenjujemo svođenje na oštar ugao:

cos⁡β+γ2=cos⁡ ⁣(π2−α2)=sin⁡α2✓\cos\frac{\beta+\gamma}{2} = \cos\!\left(\frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}\right) = \sin\frac{\alpha}{2} \checkmark

sin⁡β+γ2=sin⁡ ⁣(π2−α2)=cos⁡α2✓\sin\frac{\beta+\gamma}{2} = \sin\!\left(\frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}\right) = \cos\frac{\alpha}{2} \checkmark

ctg⁡β+γ2=ctg⁡ ⁣(π2−α2)=tg⁡α2✓\operatorname{ctg}\frac{\beta+\gamma}{2} = \operatorname{ctg}\!\left(\frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}\right) = \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2} \checkmark

Zadaci za vežbanje

10 ukupno

Neka su α, \alpha , β \beta i γ \gamma uglovi trougla. Dokazati sledeće relacije:

Uvodni

Dokazati identitet:

sin⁡α−2sin⁡2α+sin⁡3αcos⁡α−2cos⁡2α+cos⁡3α=tg 2α\frac{\sin \alpha - 2 \sin 2\alpha + \sin 3\alpha}{\cos \alpha - 2 \cos 2\alpha + \cos 3\alpha} = \text{tg } 2\alpha
Uvodni

Dokazati identitet: 1−cos⁡x=2sin⁡2x2. 1 - \cos x = 2 \sin^2 \frac{x}{2} .

Uvodni

Transformisati u proizvod sledeći izraz: sin⁡20∘+cos⁡50∘ \sin 20^\circ + \cos 50^\circ

Uvodni

Dokazati identitet:

sin⁡2x−sin⁡3x+sin⁡4xcos⁡2x−cos⁡3x+cos⁡4x=tg 3x\frac{\sin 2x - \sin 3x + \sin 4x}{\cos 2x - \cos 3x + \cos 4x} = \text{tg } 3x
Uvodni

Pokazati da je: sin⁡(π4+α)+sin⁡(π4−α)=2cos⁡α \sin \left( \frac{\pi}{4} + \alpha \right) + \sin \left( \frac{\pi}{4} - \alpha \right) = \sqrt{2} \cos \alpha

Uvodni

Transformisati u proizvod sledeći trigonometrijski izraz: sin⁡x+sin⁡2x+sin⁡3x. \sin x + \sin 2x + \sin 3x .

sin⁡x+sin⁡2x+sin⁡3x\sin x + \sin 2x + \sin 3x
Uvodni

Transformisati u proizvod: sin⁡56∘−cos⁡56∘ \sin 56^\circ - \cos 56^\circ

Uvodni

Uprostiti izraz:

1+sin⁡2αsin⁡α+cos⁡α\frac{1 + \sin 2\alpha}{\sin \alpha + \cos \alpha}
Uvodni

Dokazati identitet: sin⁡(π6+α)+sin⁡(π6−α)=cos⁡α \sin \left( \frac{\pi}{6} + \alpha \right) + \sin \left( \frac{\pi}{6} - \alpha \right) = \cos \alpha

Uvodni