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

sinα+sinβ=2sinα+β2cosαβ2\sin\alpha + \sin\beta = 2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}

sinαsinβ=2cosα+β2sinαβ2\sin\alpha - \sin\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2}

cosα+cosβ=2cosα+β2cosαβ2\cos\alpha + \cos\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}

cosαcosβ=2sinα+β2sinαβ2\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 sinα+sinβ\sin\alpha + \sin\beta

Polazimo od formula za pretvaranje proizvoda u zbir:

sinxcosy=12[sin(x+y)+sin(xy)]\sin x \cos y = \frac{1}{2}[\sin(x+y) + \sin(x-y)]

Odatle:

2sinxcosy=sin(x+y)+sin(xy)2\sin x\cos y = \sin(x+y) + \sin(x-y)

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

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

Oduzimanjem dobijamo αβ=2y\alpha - \beta = 2y, dakle y=αβ2y = \dfrac{\alpha-\beta}{2}:

sinα+sinβ=2sinα+β2cosαβ2\sin\alpha + \sin\beta = 2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}


Formula za sinαsinβ\sin\alpha - \sin\beta

Polazimo od:

2cosxsiny=sin(x+y)sin(xy)2\cos x\sin y = \sin(x+y) - \sin(x-y)

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

sinαsinβ=2cosα+β2sinαβ2\sin\alpha - \sin\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2}


Formula za cosα+cosβ\cos\alpha + \cos\beta

Polazimo od:

2cosxcosy=cos(xy)+cos(x+y)2\cos x\cos y = \cos(x-y) + \cos(x+y)

Istom smenom:

cosα+cosβ=2cosα+β2cosαβ2\cos\alpha + \cos\beta = 2\cos\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2}


Formula za cosαcosβ\cos\alpha - \cos\beta

Polazimo od:

2sinxsiny=cos(xy)cos(x+y)2\sin x\sin y = \cos(x-y) - \cos(x+y)

Odatle cos(x+y)cos(xy)=2sinxsiny\cos(x+y) - \cos(x-y) = -2\sin x\sin y, pa istom smenom:

cosαcosβ=2sinα+β2sinαβ2\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=xy\beta = x-y uvek daje obrnut smer.


Primeri

Direktna primena formule

Zadatak. Transformisati u proizvod: sin20°+cos50°\sin 20° + \cos 50°.

Da bismo primenili formule, oba člana moraju biti iste trigonometrijske funkcije. Koristimo cos50°=sin(90°50°)=sin40°\cos 50° = \sin(90° - 50°) = \sin 40°:

sin20°+sin40°=2sin20°+40°2cos20°40°2=2sin30°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°)=cos10°\cos(-10°) = \cos 10° i sin30°=12\sin 30° = \dfrac{1}{2}:

=212cos10°=cos10°= 2 \cdot \frac{1}{2} \cdot \cos 10° = \cos 10°

Zadatak. Transformisati u proizvod: 1sinα+cosα1 - \sin\alpha + \cos\alpha.

Grupišemo (1+cosα)sinα(1 + \cos\alpha) - \sin\alpha i primenjujemo 1+cosα=2cos2α21 + \cos\alpha = 2\cos^2\dfrac{\alpha}{2} i sinα=2sinα2cosα2\sin\alpha = 2\sin\dfrac{\alpha}{2}\cos\dfrac{\alpha}{2}:

2cos2α22sinα2cosα2=2cosα2(cosα2sinα2)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: sinx+3cosx\sin x + \sqrt{3}\cos x.

Zapisujemo 3=tgπ3=sinπ3cosπ3\sqrt{3} = \operatorname{tg}\dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\sin\frac{\pi}{3}}{\cos\frac{\pi}{3}} i svodimo na zajednički imenilac cosπ3\cos\dfrac{\pi}{3}:

sinxcosπ3+cosxsinπ3cosπ3\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: sinα2sin2α+sin3αcosα2cos2α+cos3α=tg2α\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=(sin3α+sinα)2sin2α(cos3α+cosα)2cos2αL = \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:

sin3α+sinα=2sin2αcosα\sin 3\alpha + \sin\alpha = 2\sin 2\alpha\cos\alpha

cos3α+cosα=2cos2αcosα\cos 3\alpha + \cos\alpha = 2\cos 2\alpha\cos\alpha

Korak 3. Uvrštavamo i izvlačimo zajedničke faktore:

L=2sin2αcosα2sin2α2cos2αcosα2cos2α=2sin2α(cosα1)2cos2α(cosα1)=sin2αcos2α=tg2αL = \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+cosα+cos2α+cos3αcosα+cos2α=2cosα\dfrac{1 + \cos\alpha + \cos 2\alpha + \cos 3\alpha}{\cos\alpha + \cos 2\alpha} = 2\cos\alpha.

Korak 1. Grupišemo u brojiocu (1+cos2α)+(cosα+cos3α)(1 + \cos 2\alpha) + (\cos\alpha + \cos 3\alpha).

Korak 2. Na prvi par primenjujemo 1+cos2α=2cos2α1 + \cos 2\alpha = 2\cos^2\alpha, a na drugi formulu za zbir kosinusa:

cosα+cos3α=2cos2αcosα\cos\alpha + \cos 3\alpha = 2\cos 2\alpha\cos\alpha

Korak 3. Brojioc postaje 2cos2α+2cos2αcosα=2cosα(cosα+cos2α)2\cos^2\alpha + 2\cos 2\alpha\cos\alpha = 2\cos\alpha(\cos\alpha + \cos 2\alpha), pa skraćujemo:

L=2cosα(cosα+cos2α)cosα+cos2α=2cosαL = \frac{2\cos\alpha(\cos\alpha + \cos 2\alpha)}{\cos\alpha + \cos 2\alpha} = 2\cos\alpha \checkmark

Zadatak. Dokazati: 1cosx=2sin2x21 - \cos x = 2\sin^2\dfrac{x}{2}.

Zapisujemo 1=cos01 = \cos 0 i primenjujemo formulu za razliku kosinusa cosαcosβ=2sinα+β2sinαβ2\cos\alpha - \cos\beta = -2\sin\dfrac{\alpha+\beta}{2}\sin\dfrac{\alpha-\beta}{2} sa α=0\alpha = 0, β=x\beta = x:

cos0cosx=2sinx2sin(x2)=2sinx2(sinx2)=2sin2x2\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 tgαtgβ\operatorname{tg}\alpha\cdot\operatorname{tg}\beta, ako je cos(α+β)=13\cos(\alpha+\beta) = \dfrac{1}{3} i cos(αβ)=15\cos(\alpha-\beta) = \dfrac{1}{5}.

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

tgαtgβ=sinαsinβcosαcosβ=12[cos(αβ)cos(α+β)]12[cos(αβ)+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:

=151315+13=35153+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: tg40°+ctg40°\operatorname{tg} 40° + \operatorname{ctg} 40°.

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

sin40°cos40°+cos40°sin40°=sin240°+cos240°sin40°cos40°=1sin40°cos40°\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 sinαcosβ=12[sin(α+β)+sin(αβ)]\sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta) + \sin(\alpha-\beta)] sa α=β=40°\alpha = \beta = 40°:

sin40°cos40°=12(sin80°+sin0°)=12sin80°\sin 40°\cos 40° = \frac{1}{2}(\sin 80° + \sin 0°) = \frac{1}{2}\sin 80°

Korak 3. Rezultat:

112sin80°=2sin80°\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:

sinα2=cosβ+γ2cosα2=sinβ+γ2tgα2=ctgβ+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=πα\beta + \gamma = \pi - \alpha, pa deljenjem sa 22:

β+γ2=π2α2\frac{\beta+\gamma}{2} = \frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}

Sada primenjujemo svođenje na oštar ugao:

cosβ+γ2=cos ⁣(π2α2)=sinα2\cos\frac{\beta+\gamma}{2} = \cos\!\left(\frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}\right) = \sin\frac{\alpha}{2} \checkmark

sinβ+γ2=sin ⁣(π2α2)=cosα2\sin\frac{\beta+\gamma}{2} = \sin\!\left(\frac{\pi}{2} - \frac{\alpha}{2}\right) = \cos\frac{\alpha}{2} \checkmark

ctgβ+γ2=ctg ⁣(π2α2)=tgα2\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:

sinα2sin2α+sin3αcosα2cos2α+cos3α=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: 1cosx=2sin2x2. 1 - \cos x = 2 \sin^2 \frac{x}{2} .

Uvodni

Transformisati u proizvod sledeći izraz: sin20+cos50 \sin 20^\circ + \cos 50^\circ

Uvodni

Dokazati identitet:

sin2xsin3x+sin4xcos2xcos3x+cos4x=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(π4α)=2cosα \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: sinx+sin2x+sin3x. \sin x + \sin 2x + \sin 3x .

sinx+sin2x+sin3x\sin x + \sin 2x + \sin 3x
Uvodni

Transformisati u proizvod: sin56cos56 \sin 56^\circ - \cos 56^\circ

Uvodni

Uprostiti izraz:

1+sin2αsinα+cosα\frac{1 + \sin 2\alpha}{\sin \alpha + \cos \alpha}
Uvodni

Dokazati identitet: sin(π6+α)+sin(π6α)=cosα \sin \left( \frac{\pi}{6} + \alpha \right) + \sin \left( \frac{\pi}{6} - \alpha \right) = \cos \alpha

Uvodni