9.4

积化和差、和差化积与半角公式

由和差与二倍角公式推导三组公式并作简单应用;这些公式不要求记忆。

12 分钟三角恒等变换与解三角形
本文章目录

01 · 出发点

在乘积、和差与半角之间转换

和差公式相加或相减,可以把三角函数乘积转成和差,也可以反向把和差转成乘积。这些转换适合化简、求值和求和。

由余弦二倍角公式还可得到半角的平方关系。课程重点在理解推导和会查用,不在孤立背诵大量公式。

02 · 概念

三组变换公式的来源

例如 cos(uv)cos(u+v)=2sinusinv\cos(u-v)-\cos(u+v)=2\sin u\sin v,所以 sinusinv=cos(uv)cos(u+v)2\sin u\sin v=\dfrac{\cos(u-v)-\cos(u+v)}2。令 u=α+β2u=\dfrac{\alpha+\beta}{2}v=αβ2v=\dfrac{\alpha-\beta}{2},可反向得到和差化积。

半角公式给出 sin2α2=1cosα2\sin^2\dfrac{\alpha}{2}=\dfrac{1-\cos\alpha}{2}cos2α2=1+cosα2\cos^2\dfrac{\alpha}{2}=\dfrac{1+\cos\alpha}{2}。开平方求 sinα2\sin\dfrac{\alpha}{2}cosα2\cos\dfrac{\alpha}{2} 时,正负号由半角所在象限决定。

03 · 方法

按目标选择变换方向

  1. 01

    需要求和或积分式样化简时把乘积化为和差;需要判断零点或因式时常把和差化为乘积。

  2. 02

    先从和差公式推导所需公式,明确两个新角的和与差,避免符号错位。

  3. 03

    半角求值先算平方,再依据半角范围定号,并用数值范围作检查。

04 · 例题

把方法落到具体问题

1用积化和差求有限和

cos20cos40\cos20^\circ\cos40^\circ 的精确表达式,并据此化简 2cos20cos402\cos20^\circ\cos40^\circ

  1. 1

    使用 cosucosv=cos(u+v)+cos(uv)2\cos u\cos v=\dfrac{\cos(u+v)+\cos(u-v)}2

  2. 2

    u=20u=20^\circv=40v=40^\circ,得 cos20cos40=cos60+cos(20)2\cos20^\circ\cos40^\circ=\dfrac{\cos60^\circ+\cos(-20^\circ)}2

  3. 3

    利用 cos(20)=cos20\cos(-20^\circ)=\cos20^\circcos60=12\cos60^\circ=\dfrac12,得到 2cos20cos40=12+cos202\cos20^\circ\cos40^\circ=\dfrac12+\cos20^\circ

05 · 辨析

容易忽略的条件与边界

回看

本节小结

  • 积化和差公式可由和差公式线性组合得到。
  • 和差化积通过半和与半差完成。
  • 半角函数值的符号取决于半角所在象限。