Processing math: 100%
삼각함수 덧셈정리::::수학과 사는 이야기

삼각함수 덧셈정리

수학이야기 2012. 10. 5. 14:46
반응형

덧셈정리를 증명하는 법

코사인 제2 법칙으로 증명

삼각함수 덧셈정리를 증명해보자.

그림에서 두 점은 P(cosα,sinα), Q(cosβ,sinβ)이다.

코사인 제 2법칙에 따라

¯PQ2=¯OP2+¯OQ22¯OP¯OQcos(POQ)

(cosαcosβ)2+(sinαsinβ)2=1+12cos(αβ)

cos2α2cosαcosβ+cos2β+sin2α2sinαsinβ+sin2β=1+12cos(αβ)

22(cosαcosβ+sinαsinβ)=22cos(αβ)

cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ

이 식은 항등식이다.

β 자리에 β를 대입하면

cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ를 얻는다.

α 자리에 π2α를 대입하면

cos(π2αβ)=cos(π2α)cosβ+sin(π2α)sinβ

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ

마찬가지로 β 자리에 β를 대입하면

sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ

백터 내적으로 기억하기

벡터 내적을 배웠다면 아래와 같이 기억하자.

OPOQ=|OP||OQ|cos(αβ)

(cosα,sinα)(cosβ,sinβ)=cos(αβ)

cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ

다시 정리하면

  • 삼각함수 덧셈정리
cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβcos(α+β)=cosαcosβsinαsinβsin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβsin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ

덧셈정리를 변형하여 공식 만들기

덧셈정리에서 α=β로 놓으면 배각 2α 공식을 얻을 수 있고 이를 변형하여 반각 α2 공식을 얻을 수 있다.

  • 배각공식
sin2α=2sinαcosαcos2α=cos2αsin2α=2cos2α1=12sin2αtan2α=2tanα1tan2α
  • 반각공식
sin2α2=1cosα2cos2α2=1+cosα2tan2α2=1cosα1+cosα

위에 있는 덧셈정리에서 (1)과 (2)를 더하면

cos(α+β)+cos(αβ)=2cosαcosβ이다. 이 식을 바꿔서 아래와 같은 공식을 얻을 수 있다.

  • 곱을 합차로 고치기
sinαcosβ=12{sin(α+β)+sin(αβ)}cosαsinβ=12{sin(α+β)sin(αβ)}cosαcosβ=12{cos(α+β)+cos(αβ)}sinαsinβ=12{cos(α+β)cos(αβ)}
  • 합차를 곱으로 고치기
sinA+sinB=2sinA+B2cosAB2sinAsinB=2cosA+B2sinAB2cosA+cosB=2cosA+B2cosAB2cosAcosB=2sinA+B2sinAB2

삼각함수의 합성

덧셈정리를 써서 두 파동이 중첩되었을 때 만들어지는 새로운 파동을 나타내는 식을 구할 수 있다. 이것을 수학 시간에는 삼각함수의 합성이라 부른다. 

asinθ+bcosθ(a0,b0)rsin(θ+α)와 같은 꼴로 고쳐보자. (단, r>0,0α<2π)

사인으로 만들기

그림과 같이 좌표평면 위에 점 P(a,b)를 잡고, 동경 OPx축 양의 방향과 이루는 각의 크기를 α라고 하면 ¯OP=a2+b2이다.

따라서

sinα=ba2+b2,cosα=aa2+b2이다.

asinθ+bcosθ=a2+b2(aa2+b2sinθ+ba2+b2cosθ)=a2+b2(cosαsinθ+sinαcosθ)=a2+b2sin(θ+α)

 

코사인으로 만들기

한편 α의 여각을 β라고 하면 코사인으로 바꿀 수 있다.

β=π2α라고 하면

sinβ=aa2+b2,cosβ=ba2+b2이다.

asinθ+bcosθ=a2+b2(aa2+b2sinθ+ba2+b2cosθ)=a2+b2(sinβsinθ+cosβcosθ)=a2+b2cos(θβ)

 

 

반응형

수학이야기님의
글이 좋았다면 응원을 보내주세요!