קשרים בסיסיים
עריכה
סימטריה, הזזה ומחזוריות
עריכה
זהויות של סכום והפרש זוויות
עריכה
הדרך המהירה ביותר להוכיח זהויות אלה היא באמצעות נוסחת אוילר .
זהויות הנוגעות לכפולות של זווית
עריכה
Tn הוא פולינום צ'בישב ה־n־י.
cos
n
θ
=
T
n
(
cos
θ
)
{\displaystyle \cos n\theta =T_{n}(\cos \theta )\,}
S n פולינום הפרישה ה־n־י.
sin
2
n
θ
=
S
n
(
sin
2
θ
)
{\displaystyle \sin ^{2}n\theta =S_{n}(\sin ^{2}\theta )\,}
משפט דה־מואבר ,
i
{\displaystyle i}
היחידה המדומה
cos
n
θ
+
i
sin
n
θ
=
(
cos
(
θ
)
+
i
sin
(
θ
)
)
n
{\displaystyle \cos n\theta +i\sin n\theta =(\cos(\theta )+i\sin(\theta ))^{n}\,}
1
+
2
cos
(
x
)
+
2
cos
(
2
x
)
+
2
cos
(
3
x
)
+
⋯
+
2
cos
(
n
x
)
=
sin
(
(
n
+
1
2
)
x
)
sin
(
x
/
2
)
{\displaystyle 1+2\cos(x)+2\cos(2x)+2\cos(3x)+\cdots +2\cos(nx)={\frac {\sin \left(\left(n+{\frac {1}{2}}\right)x\right)}{\sin(x/2)}}}
(פונקציה זו של x נקראת גרעין דיריכלה )
זהויות של זווית כפולה, זווית משולשת וחצי־זווית
עריכה
ניתן להוכיח זהויות אלו באמצעות הזהויות של סכום והפרש זוויות, או באמצעות זהויות המכפלה שלעיל.
זווית כפולה
sin
2
θ
=
2
sin
θ
cos
θ
=
2
tan
θ
1
+
tan
2
θ
{\displaystyle {\begin{aligned}\sin 2\theta &=2\sin \theta \cos \theta \ \\&={\frac {2\tan \theta }{1+\tan ^{2}\theta }}\end{aligned}}}
cos
2
θ
=
cos
2
θ
−
sin
2
θ
=
2
cos
2
θ
−
1
=
1
−
2
sin
2
θ
=
1
−
tan
2
θ
1
+
tan
2
θ
{\displaystyle {\begin{aligned}\cos 2\theta &=\cos ^{2}\theta -\sin ^{2}\theta \\&=2\cos ^{2}\theta -1\\&=1-2\sin ^{2}\theta \\&={\frac {1-\tan ^{2}\theta }{1+\tan ^{2}\theta }}\end{aligned}}}
tan
2
θ
=
2
tan
θ
1
−
tan
2
θ
{\displaystyle \tan 2\theta ={\frac {2\tan \theta }{1-\tan ^{2}\theta }}\,}
cot
2
θ
=
cot
2
θ
−
1
2
cot
θ
{\displaystyle \cot 2\theta ={\frac {\cot ^{2}\theta -1}{2\cot \theta }}\,}
זווית משולשת
sin
3
θ
=
3
sin
θ
−
4
sin
3
θ
{\displaystyle \sin 3\theta =3\sin \theta -4\sin ^{3}\theta \,}
cos
3
θ
=
4
cos
3
θ
−
3
cos
θ
{\displaystyle \cos 3\theta =4\cos ^{3}\theta -3\cos \theta \,}
tan
3
θ
=
3
tan
θ
−
tan
3
θ
1
−
3
tan
2
θ
{\displaystyle \tan 3\theta ={\frac {3\tan \theta -\tan ^{3}\theta }{1-3\tan ^{2}\theta }}}
cot
3
θ
=
3
cot
θ
−
cot
3
θ
1
−
3
cot
2
θ
{\displaystyle \cot 3\theta ={\frac {3\cot \theta -\cot ^{3}\theta }{1-3\cot ^{2}\theta }}}
חצי־זווית
sin
θ
2
=
±
1
−
cos
θ
2
{\displaystyle \sin {\tfrac {\theta }{2}}=\pm \,{\sqrt {\frac {1-\cos \theta }{2}}}}
cos
θ
2
=
±
1
+
cos
θ
2
{\displaystyle \cos {\tfrac {\theta }{2}}=\pm \,{\sqrt {\frac {1+\cos \theta }{2}}}}
tan
θ
2
=
csc
θ
−
cot
θ
=
±
1
−
cos
θ
1
+
cos
θ
=
sin
θ
1
+
cos
θ
=
1
−
cos
θ
sin
θ
{\displaystyle {\begin{aligned}\tan {\tfrac {\theta }{2}}&=\csc \theta -\cot \theta \\&=\pm \,{\sqrt {1-\cos \theta \over 1+\cos \theta }}\\&={\frac {\sin \theta }{1+\cos \theta }}\\&={\frac {1-\cos \theta }{\sin \theta }}\end{aligned}}}
cot
θ
2
=
csc
θ
+
cot
θ
=
±
1
+
cos
θ
1
−
cos
θ
=
sin
θ
1
−
cos
θ
=
1
+
cos
θ
sin
θ
{\displaystyle {\begin{aligned}\cot {\tfrac {\theta }{2}}&=\csc \theta +\cot \theta \\&=\pm \,{\sqrt {1+\cos \theta \over 1-\cos \theta }}\\&={\frac {\sin \theta }{1-\cos \theta }}\\&={\frac {1+\cos \theta }{\sin \theta }}\end{aligned}}}
סינוס, קוסינוס וטנגנס של כפולות של זווית
עריכה
sin
n
θ
=
∑
k
=
0
n
(
n
k
)
cos
k
θ
sin
n
−
k
θ
sin
(
1
2
(
n
−
k
)
π
)
{\displaystyle \sin n\theta =\sum _{k=0}^{n}{\binom {n}{k}}\cos ^{k}\theta \,\sin ^{n-k}\theta \,\sin \left({\frac {1}{2}}(n-k)\pi \right)}
cos
n
θ
=
∑
k
=
0
n
(
n
k
)
cos
k
θ
sin
n
−
k
θ
cos
(
1
2
(
n
−
k
)
π
)
{\displaystyle \cos n\theta =\sum _{k=0}^{n}{\binom {n}{k}}\cos ^{k}\theta \,\sin ^{n-k}\theta \,\cos \left({\frac {1}{2}}(n-k)\pi \right)}
tan nθ יכולה להיכתב כביטוי של tan θ באמצעות היחס הבא:
tan
(
n
+
1
)
θ
=
tan
n
θ
+
tan
θ
1
−
tan
n
θ
tan
θ
{\displaystyle \tan \,(n{+}1)\theta ={\frac {\tan n\theta +\tan \theta }{1-\tan n\theta \,\tan \theta }}}
cot nθ יכולה להיכתב כביטוי של cot θ באמצעות היחס הבא:
cot
(
n
+
1
)
θ
=
cot
n
θ
cot
θ
−
1
cot
n
θ
+
cot
θ
{\displaystyle \cot \,(n{+}1)\theta ={\frac {\cot n\theta \,\cot \theta -1}{\cot n\theta +\cot \theta }}}
טנגנס של ממוצע זוויות
עריכה
tan
(
α
+
β
2
)
=
sin
α
+
sin
β
cos
α
+
cos
β
=
−
cos
α
−
cos
β
sin
α
−
sin
β
{\displaystyle \tan \left({\frac {\alpha +\beta }{2}}\right)={\frac {\sin \alpha +\sin \beta }{\cos \alpha +\cos \beta }}=-\,{\frac {\cos \alpha -\cos \beta }{\sin \alpha -\sin \beta }}}
על ידי הצבת 0 ב־α או β נקבל את הזהות של חצי־זווית שנזכרה לעיל.
המכפלה האינסופית של אוילר
עריכה
cos
(
θ
2
)
⋅
cos
(
θ
4
)
⋅
cos
(
θ
8
)
⋯
=
∏
n
=
1
∞
cos
(
θ
2
n
)
=
sin
(
θ
)
θ
{\displaystyle \cos \left({\theta \over 2}\right)\cdot \cos \left({\theta \over 4}\right)\cdot \cos \left({\theta \over 8}\right)\cdots =\prod _{n=1}^{\infty }\cos \left({\theta \over 2^{n}}\right)={\sin(\theta ) \over \theta }}
זהויות לצמצום חזקות
עריכה
זהויות להמרת מכפלה לסכום וסכום למכפלה
עריכה
זהויות אלה ניתן להוכיח באמצעות הרחבת הצד הימני במשוואה באמצעות הזהויות של סכום והפרש זוויות (ראו לעיל). ראו פעימה (אקוסטיקה) ליישום מעניין של הזהויות שלהלן.
מכפלה לסכום
cos
θ
cos
φ
=
cos
(
θ
−
φ
)
+
cos
(
θ
+
φ
)
2
{\displaystyle \cos \theta \cos \varphi ={\cos(\theta -\varphi )+\cos(\theta +\varphi ) \over 2}}
sin
θ
sin
φ
=
cos
(
θ
−
φ
)
−
cos
(
θ
+
φ
)
2
{\displaystyle \sin \theta \sin \varphi ={\cos(\theta -\varphi )-\cos(\theta +\varphi ) \over 2}}
sin
θ
cos
φ
=
sin
(
θ
+
φ
)
+
sin
(
θ
−
φ
)
2
{\displaystyle \sin \theta \cos \varphi ={\sin(\theta +\varphi )+\sin(\theta -\varphi ) \over 2}}
סכום למכפלה
sin
θ
+
sin
φ
=
2
sin
(
θ
+
φ
2
)
cos
(
θ
−
φ
2
)
{\displaystyle \sin \theta +\sin \varphi =2\sin \left({\frac {\theta +\varphi }{2}}\right)\cos \left({\frac {\theta -\varphi }{2}}\right)}
sin
θ
−
sin
φ
=
2
cos
(
θ
+
φ
2
)
sin
(
θ
−
φ
2
)
{\displaystyle \sin \theta -\sin \varphi =2\cos \left({\theta +\varphi \over 2}\right)\sin \left({\theta -\varphi \over 2}\right)\;}
cos
θ
−
cos
φ
=
−
2
sin
(
θ
+
φ
2
)
sin
(
θ
−
φ
2
)
{\displaystyle \cos \theta -\cos \varphi =-2\sin \left({\theta +\varphi \over 2}\right)\sin \left({\theta -\varphi \over 2}\right)}
cos
θ
+
cos
φ
=
2
cos
(
θ
+
φ
2
)
cos
(
θ
−
φ
2
)
{\displaystyle \cos \theta +\cos \varphi =2\cos \left({\frac {\theta +\varphi }{2}}\right)\cos \left({\frac {\theta -\varphi }{2}}\right)}
בפרט,
sin
2
(
θ
)
=
1
−
cos
(
2
θ
)
2
{\displaystyle \ \sin ^{2}(\theta )={\frac {1-\cos(2\theta )}{2}}}
cos
2
(
θ
)
=
1
+
cos
(
2
θ
)
2
{\displaystyle \cos ^{2}(\theta )={\frac {1+\cos(2\theta )}{2}}}
sin
(
θ
)
cos
(
θ
)
=
sin
(
2
θ
)
2
{\displaystyle \sin(\theta )\cos(\theta )={\frac {\sin(2\theta )}{2}}}
זהויות אלה שימושיות בשיטות אינטגרציה על ריבועי פונקציות טריגונומטריות וניתן להכלילן לחזקות שונות.
זהויות קשורות
עריכה
אם x , y , ו־z הן שלוש זוויות של משולש כלשהו, כלומר אם
=
π
=
x
+
y
+
z
{\displaystyle \ =\pi =x+y+z}
tan
(
x
)
+
tan
(
y
)
+
tan
(
z
)
=
tan
(
x
)
tan
(
y
)
tan
(
z
)
{\displaystyle \tan(x)+\tan(y)+\tan(z)=\tan(x)\tan(y)\tan(z)}
לחלופין, אם אחת מהזוויות x , y , ו־z היא זווית ישרה (90° או π/2) אזי ניתן להגדיר את שני הצדדים כ־∞ (אינסוף). אין זה ∞+ ("אינסוף חיובי") וגם לא ∞− ("אינסוף שלילי"); הפונקציה tan(θ) שואפת בנקודה 2π ל־∞+ מצד שמאל ול־∞− מצד ימין.
בנוסף, אם
π
=
x
+
y
+
z
{\displaystyle \pi =x+y+z}
sin
(
2
x
)
+
sin
(
2
y
)
+
sin
(
2
z
)
=
4
sin
(
x
)
sin
(
y
)
sin
(
z
)
{\displaystyle \sin(2x)+\sin(2y)+\sin(2z)=4\sin(x)\sin(y)\sin(z)}
משפט תלמי אם
π
=
w
+
x
+
y
+
z
{\displaystyle \pi =w+x+y+z}
sin
(
w
+
x
)
sin
(
x
+
y
)
=
sin
(
w
)
sin
(
y
)
+
sin
(
x
)
sin
(
z
)
{\displaystyle {\begin{aligned}\sin(w+x)\sin(x+y)=\sin(w)\sin(y)+\sin(x)\sin(z)\end{aligned}}}
ביסודה מהווה זהות זו זה התאמה של משפט תלמי משפת הגאומטריה לשפת הטריגונומטריה.
צירופים ליניאריים
עריכה
עבור שימושים מסוימים, חשוב לדעת שכל צירוף ליניארי של גלי סינוס בעלי אותו זמן מחזור אך מופע שונה מהווה גל סינוס בפני עצמו, גם הוא בעל אותו זמן מחזור אך מופע שונה. במקרה של צירוף ליניארי של גל סינוס וגל קוסינוס (בעלי הפרש מופע של π/2), נקבל
a
sin
x
+
b
cos
x
=
a
2
+
b
2
⋅
sin
(
x
+
φ
)
{\displaystyle a\sin x+b\cos x={\sqrt {a^{2}+b^{2}}}\cdot \sin(x+\varphi )\,}
כאשר
φ
=
arcsin
(
b
a
2
+
b
2
)
+
{
0
if
a
≥
0
,
π
if
a
<
0
,
{\displaystyle \varphi =\arcsin \left({\frac {b}{\sqrt {a^{2}+b^{2}}}}\right)+{\begin{cases}0&{\text{if }}a\geq 0,\\\pi &{\text{if }}a<0,\end{cases}}}
או באופן שקול,
φ
=
arctan
(
b
a
)
+
{
0
if
a
≥
0
,
π
if
a
<
0.
{\displaystyle \varphi =\arctan \left({\frac {b}{a}}\right)+{\begin{cases}0&{\text{if }}a\geq 0,\\\pi &{\text{if }}a<0.\end{cases}}}
באופן כללי, עבור הפרש מופע כלשהו, נקבל
a
sin
x
+
b
sin
(
x
+
α
)
=
c
sin
(
x
+
β
)
{\displaystyle a\sin x+b\sin(x+\alpha )=c\sin(x+\beta )\,}
כאשר
c
=
a
2
+
b
2
+
2
a
b
cos
α
,
{\displaystyle c={\sqrt {a^{2}+b^{2}+2ab\cos \alpha }},}
וכן
.
β
=
a
r
c
t
a
n
(
b
sin
α
a
+
b
cos
α
)
{\displaystyle .\beta ={\rm {arctan}}\left({\frac {b\sin \alpha }{a+b\cos \alpha }}\right)}
סכומים נוספים של פונקציות טריגונומטריות
עריכה
סכומים של סינוסים וקוסינוסים עם ארגומנטים כטורים חשבוניים:
sin
φ
+
sin
(
φ
+
α
)
+
sin
(
φ
+
2
α
)
+
⋯
+
sin
(
φ
+
n
α
)
=
sin
(
(
n
+
1
)
α
2
)
⋅
sin
(
φ
+
n
α
2
)
sin
α
2
{\displaystyle \sin {\varphi }+\sin {(\varphi +\alpha )}+\sin {(\varphi +2\alpha )}+\cdots +\sin {(\varphi +n\alpha )}={\frac {\sin {\left({\frac {(n+1)\alpha }{2}}\right)}\cdot \sin {(\varphi +{\frac {n\alpha }{2}})}}{\sin {\frac {\alpha }{2}}}}}
cos
φ
+
cos
(
φ
+
α
)
+
cos
(
φ
+
2
α
)
+
⋯
+
cos
(
φ
+
n
α
)
=
sin
(
(
n
+
1
)
α
2
)
⋅
cos
(
φ
+
n
α
2
)
sin
α
2
{\displaystyle \cos {\varphi }+\cos {(\varphi +\alpha )}+\cos {(\varphi +2\alpha )}+\cdots +\cos {(\varphi +n\alpha )}={\frac {\sin {\left({\frac {(n+1)\alpha }{2}}\right)}\cdot \cos {(\varphi +{\frac {n\alpha }{2}})}}{\sin {\frac {\alpha }{2}}}}}
לכל a ו־b :
a
cos
(
x
)
+
b
sin
(
x
)
=
a
2
+
b
2
cos
(
x
−
arctan
(
b
,
a
)
)
{\displaystyle a\cos(x)+b\sin(x)={\sqrt {a^{2}+b^{2}}}\cos(x-\arctan(b,a))\;}
כאשר arctan(y , x ) היא הכללה של arctan(y /x ) אשר מכסה את כל היקף המעגל (לעיתים מכונה גם arctan2(y,x)).
tan
(
x
)
+
sec
(
x
)
=
tan
(
x
2
+
π
4
)
{\displaystyle \tan(x)+\sec(x)=\tan \left({x \over 2}+{\pi \over 4}\right)}
אם
π
=
x
+
y
+
z
{\displaystyle \pi =x+y+z}
cot
(
x
)
cot
(
y
)
+
cot
(
y
)
cot
(
z
)
+
cot
(
z
)
cot
(
x
)
=
1
{\displaystyle \cot(x)\cot(y)+\cot(y)\cot(z)+\cot(z)\cot(x)=1}
הפונקציות הטריגונומטריות ההפוכות
עריכה
arcsin
(
x
)
+
arccos
(
x
)
=
π
/
2
{\displaystyle \arcsin(x)+\arccos(x)=\pi /2\;}
arctan
(
x
)
+
arccot
(
x
)
=
π
/
2.
{\displaystyle \arctan(x)+\operatorname {arccot}(x)=\pi /2.\;}
arctan
(
x
)
+
arctan
(
1
/
x
)
=
{
π
/
2
,
if
x
>
0
−
π
/
2
,
if
x
<
0
{\displaystyle \arctan(x)+\arctan(1/x)=\left\{{\begin{matrix}\pi /2,&{\mbox{if }}x>0\\-\pi /2,&{\mbox{if }}x<0\end{matrix}}\right.}
הרכבה של הפונקציות הטריגונומטריות על הפונקציות ההפוכות
עריכה
sin
[
arccos
(
x
)
]
=
1
−
x
2
{\displaystyle \sin[\arccos(x)]={\sqrt {1-x^{2}}}\,}
tan
[
arcsin
(
x
)
]
=
x
1
−
x
2
{\displaystyle \tan[\arcsin(x)]={\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}}
sin
[
arctan
(
x
)
]
=
x
1
+
x
2
{\displaystyle \sin[\arctan(x)]={\frac {x}{\sqrt {1+x^{2}}}}}
tan
[
arccos
(
x
)
]
=
1
−
x
2
x
{\displaystyle \tan[\arccos(x)]={\frac {\sqrt {1-x^{2}}}{x}}}
cos
[
arctan
(
x
)
]
=
1
1
+
x
2
{\displaystyle \cos[\arctan(x)]={\frac {1}{\sqrt {1+x^{2}}}}}
cot
[
arcsin
(
x
)
]
=
1
−
x
2
x
{\displaystyle \cot[\arcsin(x)]={\frac {\sqrt {1-x^{2}}}{x}}}
cos
[
arcsin
(
x
)
]
=
1
−
x
2
{\displaystyle \cos[\arcsin(x)]={\sqrt {1-x^{2}}}\,}
cot
[
arccos
(
x
)
]
=
x
1
−
x
2
{\displaystyle \cot[\arccos(x)]={\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}}
קשר לפונקציה המעריכית המרוכבת
עריכה
מכפלות אינסופיות
עריכה
זהויות ללא משתנים
עריכה
"חוק מורי":
cos
20
∘
⋅
cos
40
∘
⋅
cos
80
∘
=
1
8
{\displaystyle \cos 20^{\circ }\cdot \cos 40^{\circ }\cdot \cos 80^{\circ }={\frac {1}{8}}}
הוא מקרה מיוחד של הזהות הבאה:
∏
j
=
0
k
−
1
cos
(
2
j
x
)
=
sin
(
2
k
x
)
2
k
sin
(
x
)
{\displaystyle \prod _{j=0}^{k-1}\cos(2^{j}x)={\frac {\sin(2^{k}x)}{2^{k}\sin(x)}}}
כאשר k = 3, x = 20°. את השם טבע הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן , אשר למד את הזהות הזו בילדותו מילד בשם מורי, ומאז זכר אותו למשך כל חייו.
זהויות נוספות באותה מתכונת הן:
cos
π
7
cos
2
π
7
cos
3
π
7
=
1
8
{\displaystyle \cos {\frac {\pi }{7}}\cos {\frac {2\pi }{7}}\cos {\frac {3\pi }{7}}={\frac {1}{8}}}
וכן,
sin
20
∘
⋅
sin
40
∘
⋅
sin
80
∘
=
3
8
{\displaystyle \sin 20^{\circ }\cdot \sin 40^{\circ }\cdot \sin 80^{\circ }={\frac {\sqrt {3}}{8}}}
את הזהות הבאה קשה להכליל מיד לזהות הכוללת משתנים (אך קראו בהמשך להסבר):
cos
24
∘
+
cos
48
∘
+
cos
96
∘
+
cos
168
∘
=
1
2
{\displaystyle \cos 24^{\circ }+\cos 48^{\circ }+\cos 96^{\circ }+\cos 168^{\circ }={\frac {1}{2}}}
לאחר עיון בזהות שלהלן, ניתן להגיע למסקנה שמדידה במעלות אינה תמיד מתאימה יותר ממדידה ברדיאנים:
cos
(
2
π
21
)
+
cos
(
2
⋅
2
π
21
)
+
cos
(
4
⋅
2
π
21
)
{\displaystyle \cos \left({\frac {2\pi }{21}}\right)\,+\,\cos \left(2\cdot {\frac {2\pi }{21}}\right)\,+\,\cos \left(4\cdot {\frac {2\pi }{21}}\right)}
+
cos
(
5
⋅
2
π
21
)
+
cos
(
8
⋅
2
π
21
)
+
cos
(
10
⋅
2
π
21
)
=
1
2
{\displaystyle \,+\,\cos \left(5\cdot {\frac {2\pi }{21}}\right)\,+\,\cos \left(8\cdot {\frac {2\pi }{21}}\right)\,+\,\cos \left(10\cdot {\frac {2\pi }{21}}\right)={\frac {1}{2}}}
הגורמים 1, 2, 4, 5, 8, 10 נותנים רמז למקורה של הדוגמה הנ"ל: אלה הם המספרים הטבעיים הקטנים מ־21/2 שהם זרים ל־21 (כלומר, אין להם גורם ראשוני משותף עם 21). הדוגמאות האחרונות נובעות מעובדה בסיסית על פולינומים ציקלוטומים : הקוסינוסים מהווים את החלק הממשי של פתרונות הפולינום; סכום הפתרונות הוא פונקציית מביוס אשר מחושבת עבור המספר 21 (בדוגמה האחרונה); רק חצי מהפתרונות מופיעים בדוגמה זו. לשתי הזהויות הקודמות לזהות האחרונה נגיע בצורה דומה, עם 10 או 15 במקום 21 (ולאחר המרה למעלות).
חישוב פאי (π)
עריכה
דרך יעילה במיוחד לחשב את ערכו של פאי היא שימוש בזהות שלהלן, המיוחסת לאסטרונום ג'ון משין :
π
4
=
4
arctan
1
5
−
arctan
1
239
{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=4\arctan {\frac {1}{5}}-\arctan {\frac {1}{239}}}
זהות נוספת, המיוחסת לאוילר , היא:
π
4
=
5
arctan
1
7
+
2
arctan
3
79
{\displaystyle {\frac {\pi }{4}}=5\arctan {\frac {1}{7}}+2\arctan {\frac {3}{79}}}
ערכים קלים לזכירה של סינוס וקוסינוס
עריכה
sin
0
=
sin
0
∘
=
0
=
cos
90
∘
=
cos
(
π
2
)
=
0
/
2
sin
(
π
6
)
=
sin
30
∘
=
1
/
2
=
cos
60
∘
=
cos
(
π
3
)
=
1
/
2
sin
(
π
4
)
=
sin
45
∘
=
2
/
2
=
cos
45
∘
=
cos
(
π
4
)
=
2
/
2
sin
(
π
3
)
=
sin
60
∘
=
3
/
2
=
cos
30
∘
=
cos
(
π
6
)
=
3
/
2
sin
(
π
2
)
=
sin
90
∘
=
1
=
cos
0
∘
=
cos
0
=
4
/
2
{\displaystyle {\begin{matrix}\sin 0&=&\sin 0^{\circ }&=&0&=&\cos 90^{\circ }&=&\cos \left({\frac {\pi }{2}}\right)&={\sqrt {0}}/2\\\\\sin \left({\frac {\pi }{6}}\right)&=&\sin 30^{\circ }&=&1/2&=&\cos 60^{\circ }&=&\cos \left({\frac {\pi }{3}}\right)&={\sqrt {1}}/2\\\\\sin \left({\frac {\pi }{4}}\right)&=&\sin 45^{\circ }&=&{\sqrt {2}}/2&=&\cos 45^{\circ }&=&\cos \left({\frac {\pi }{4}}\right)&={\sqrt {2}}/2\\\\\sin \left({\frac {\pi }{3}}\right)&=&\sin 60^{\circ }&=&{\sqrt {3}}/2&=&\cos 30^{\circ }&=&\cos \left({\frac {\pi }{6}}\right)&={\sqrt {3}}/2\\\\\sin \left({\frac {\pi }{2}}\right)&=&\sin 90^{\circ }&=&1&=&\cos 0^{\circ }&=&\cos 0&={\sqrt {4}}/2\end{matrix}}}
ערכים מעניינים נוספים
עריכה
sin
π
7
=
7
6
−
7
189
∑
j
=
0
∞
(
3
j
+
1
)
!
189
j
j
!
(
2
j
+
2
)
!
{\displaystyle \sin {\frac {\pi }{7}}={\frac {\sqrt {7}}{6}}-{\frac {\sqrt {7}}{189}}\sum _{j=0}^{\infty }{\frac {(3j+1)!}{189^{j}j!\,(2j+2)!}}\!}
sin
π
18
=
1
6
∑
j
=
0
∞
(
3
j
)
!
27
j
j
!
(
2
j
+
1
)
!
{\displaystyle \sin {\frac {\pi }{18}}={\frac {1}{6}}\sum _{j=0}^{\infty }{\frac {(3j)!}{27^{j}j!\,(2j+1)!}}\!}
באמצעות יחס הזהב φ:
cos
(
π
5
)
=
cos
36
∘
=
5
+
1
4
=
φ
/
2
{\displaystyle \cos \left({\frac {\pi }{5}}\right)=\cos 36^{\circ }={{\sqrt {5}}+1 \over 4}=\varphi /2}
sin
(
π
10
)
=
sin
18
∘
=
5
−
1
4
=
φ
−
1
2
=
1
2
φ
{\displaystyle \sin \left({\frac {\pi }{10}}\right)=\sin 18^{\circ }={{\sqrt {5}}-1 \over 4}={\varphi -1 \over 2}={1 \over 2\varphi }}
ראו בנוסף: קבועים טריגונומטריים מדויקים .
חשבון אינפיניטסימלי
עריכה
הזהויות שלהלן, הלקוחות מן החשבון האינפיניטסימלי , עובדות רק עבור זוויות הנמדדות ברדיאנים ; הקשרים יהפכו למסובכים יותר אם נשתמש בזוויות הנמדדות ביחידות אחרות, כגון מעלות. אם נגדיר את הפונקציות הטריגונומטריות במונחים גאומטריים , ניתן למצוא את נגזרותיהן על ידי חישוב שני גבולות. הגבול הראשון הוא:
lim
x
→
0
sin
x
x
=
1
{\displaystyle \lim _{x\rightarrow 0}{\frac {\sin x}{x}}=1}
ניתן להוכיח גבול זה באמצעות מעגל היחידה וכלל הסנדוויץ' . הניסיון להוכיח את הגבול באמצעות כלל לופיטל עשוי להיות מפתה, אך אם נשתמש בגבול זה כדי להוכיח כי הנגזרת של sinx היא cosx , ולאחר מכן נשתמש בעובדה זו במסגרת כלל לופיטל, תהא זו הוכחה שמבוססת על הגיון מעגלי - וזוהי טעות לוגית. הגבול השני הוא:
lim
x
→
0
1
−
cos
x
x
=
0
{\displaystyle \lim _{x\rightarrow 0}{\frac {1-\cos x}{x}}=0}
אותו נוכיח באמצעות הזהות
tan
(
x
/
2
)
=
(
1
−
cos
(
x
)
)
/
sin
(
x
)
{\displaystyle \ \tan(x/2)=(1-\cos(x))/\sin(x)}
(
sin
x
)
′
=
cos
x
{\displaystyle \ (\sin x)'=\cos x}
(
cos
x
)
′
=
−
sin
x
{\displaystyle \ (\cos x)'=-\sin x}
טורי טיילור שלהן, אזי ניתן למצוא את נגזרותיהן על ידי גזירת טור החזקות .
d
d
x
sin
x
=
cos
x
{\displaystyle {d \over dx}\sin x=\cos x}
את שאר הפונקציות הטריגונומטריות ניתן לגזור באמצעות הזהויות שלעיל וכללי הגזירה.
d
d
x
sin
x
=
cos
x
,
d
d
x
arcsin
x
=
1
1
−
x
2
d
d
x
cos
x
=
−
sin
x
,
d
d
x
arccos
x
=
−
1
1
−
x
2
d
d
x
tan
x
=
sec
2
x
,
d
d
x
arctan
x
=
1
1
+
x
2
d
d
x
cot
x
=
−
csc
2
x
,
d
d
x
arccot
x
=
−
1
1
+
x
2
d
d
x
sec
x
=
tan
x
sec
x
,
d
d
x
arcsec
x
=
1
|
x
|
x
2
−
1
d
d
x
csc
x
=
−
csc
x
cot
x
,
d
d
x
arccsc
x
=
−
1
|
x
|
x
2
−
1
{\displaystyle {\begin{matrix}{d \over dx}\sin x=&\cos x,&{d \over dx}\arcsin x=&{1 \over {\sqrt {1-x^{2}}}}\\\\{d \over dx}\cos x=&-\sin x,&{d \over dx}\arccos x=&{-1 \over {\sqrt {1-x^{2}}}}\\\\{d \over dx}\tan x=&\sec ^{2}x,&{d \over dx}\arctan x=&{1 \over 1+x^{2}}\\\\{d \over dx}\cot x=&-\csc ^{2}x,&{d \over dx}\operatorname {arccot} x=&{-1 \over 1+x^{2}}\\\\{d \over dx}\sec x=&\tan x\sec x,&{d \over dx}\operatorname {arcsec} x=&{1 \over |x|{\sqrt {x^{2}-1}}}\\\\{d \over dx}\csc x=&-\csc x\cot x,&{d \over dx}\operatorname {arccsc} x=&{-1 \over |x|{\sqrt {x^{2}-1}}}\end{matrix}}}
אינטגרלים בסיסיים:
∫
d
u
a
2
−
u
2
=
sin
−
1
(
u
a
)
+
C
{\displaystyle \int {\frac {du}{\sqrt {a^{2}-u^{2}}}}=\sin ^{-1}\left({\frac {u}{a}}\right)+C}
∫
d
u
a
2
+
u
2
=
1
a
tan
−
1
(
u
a
)
+
C
{\displaystyle \int {\frac {du}{a^{2}+u^{2}}}={\frac {1}{a}}\tan ^{-1}\left({\frac {u}{a}}\right)+C}
∫
d
u
a
+
u
2
⟹
∫
d
u
(
a
)
2
+
u
2
=
1
a
tan
−
1
(
u
a
)
+
C
{\displaystyle \int {\frac {du}{a+u^{2}}}\Longrightarrow \int {\frac {du}{({\sqrt {a}})^{2}+u^{2}}}={\frac {1}{\sqrt {a}}}\tan ^{-1}\left({\frac {u}{\sqrt {a}}}\right)+C}
∫
d
u
u
u
2
−
a
2
=
1
a
sec
−
1
|
u
a
|
+
C
{\displaystyle \int {\frac {du}{u{\sqrt {u^{2}-a^{2}}}}}={\frac {1}{a}}\sec ^{-1}\left|{\frac {u}{a}}\right|+C}
העובדה כי גזירת הפונקציות הטריגונומטריות (סינוס וקוסינוס) מניבה צירופים ליניארים של אותן פונקציות היא בעלת חשיבות ראשונה במעלה בתחומים רבים של המתמטיקה, כולל משוואות דיפרנציאליות והתמרות פורייה .
הגדרות מעריכיות
עריכה
פונקציה
פונקציה הפוכה
sin
θ
=
e
i
θ
−
e
−
i
θ
2
i
{\displaystyle \sin \theta ={\frac {e^{i\theta }-e^{-i\theta }}{2i}}\,}
arcsin
x
=
−
i
ln
(
i
x
+
1
−
x
2
)
{\displaystyle \arcsin x=-i\ln \left(ix+{\sqrt {1-x^{2}}}\right)\,}
cos
θ
=
e
i
θ
+
e
−
i
θ
2
{\displaystyle \cos \theta ={\frac {e^{i\theta }+e^{-i\theta }}{2}}\,}
arccos
x
=
−
i
ln
(
x
+
x
2
−
1
)
{\displaystyle \arccos x=-i\ln \left(x+{\sqrt {x^{2}-1}}\right)\,}
tan
θ
=
e
i
θ
−
e
−
i
θ
i
(
e
i
θ
+
e
−
i
θ
)
{\displaystyle \tan \theta ={\frac {e^{i\theta }-e^{-i\theta }}{i(e^{i\theta }+e^{-i\theta })}}\,}
arctan
x
=
i
ln
(
i
+
x
i
−
x
)
2
{\displaystyle \arctan x={\frac {i\ln \left({\frac {i+x}{i-x}}\right)}{2}}\,}
csc
θ
=
2
i
e
i
θ
−
e
−
i
θ
{\displaystyle \csc \theta ={\frac {2i}{e^{i\theta }-e^{-i\theta }}}\,}
arccsc
x
=
−
i
ln
(
i
x
+
1
−
1
x
2
)
{\displaystyle \operatorname {arccsc} x=-i\ln \left({\tfrac {i}{x}}+{\sqrt {1-{\tfrac {1}{x^{2}}}}}\right)\,}
sec
θ
=
2
e
i
θ
+
e
−
i
θ
{\displaystyle \sec \theta ={\frac {2}{e^{i\theta }+e^{-i\theta }}}\,}
arcsec
x
=
−
i
ln
(
1
x
+
1
−
i
x
2
)
{\displaystyle \operatorname {arcsec} x=-i\ln \left({\tfrac {1}{x}}+{\sqrt {1-{\tfrac {i}{x^{2}}}}}\right)\,}
cot
θ
=
i
(
e
i
θ
+
e
−
i
θ
)
e
i
θ
−
e
−
i
θ
{\displaystyle \cot \theta ={\frac {i(e^{i\theta }+e^{-i\theta })}{e^{i\theta }-e^{-i\theta }}}\,}
arccot
x
=
i
ln
(
i
−
x
i
+
x
)
2
{\displaystyle \operatorname {arccot} x={\frac {i\ln \left({\frac {i-x}{i+x}}\right)}{2}}\,}
cis
θ
=
e
i
θ
{\displaystyle \operatorname {cis} \,\theta =e^{i\theta }\,}
arccis
x
=
ln
x
i
{\displaystyle \operatorname {arccis} \,x={\frac {\ln x}{i}}\,}
גרעין דיריכלה
עריכה
גרעין דיריכלה Dn (x ) היא הפונקציה הרשומה משני צידי הזהות הבאה:
1
+
2
cos
(
x
)
+
2
cos
(
2
x
)
+
2
cos
(
3
x
)
+
⋯
+
2
cos
(
n
x
)
=
sin
[
(
n
+
1
2
)
x
]
sin
(
x
2
)
{\displaystyle 1+2\cos(x)+2\cos(2x)+2\cos(3x)+\cdots +2\cos(nx)={\frac {\sin \left[\left(n+{\frac {1}{2}}\right)x\right\rbrack }{\sin \left({\frac {x}{2}}\right)}}}
קונבולוציה של גרעין דיריכלה עם פונקציה אינטגרבילית בעלת מחזור 2π נותנת את קירוב פורייה ממעלה n של הפונקציה, כלומר סכום האיברים עד סדר n בטור פורייה של הפונקציה (או איברים −n עד n בטור פורייה המרוכב).
הרחבות של הזהות של חצי־זווית
עריכה
אם נציב
t
=
tan
(
x
2
)
{\displaystyle t=\tan \left({\frac {x}{2}}\right)}
אז
sin
(
x
)
=
2
t
1
+
t
2
,
cos
(
x
)
=
1
−
t
2
1
+
t
2
,
e
i
x
=
1
+
i
t
1
−
i
t
{\displaystyle \sin(x)={\frac {2t}{1+t^{2}}},\quad \cos(x)={\frac {1-t^{2}}{1+t^{2}}},\quad e^{ix}={\frac {1+it}{1-it}}}
כאשר הביטוי e ix cis (x ).
ההצבה הנ"ל שימושית בחשבון אינפיניטסימלי לשם המרת פונקציות רציונליות עם sin(x ) ו־cos(x ) לפונקציות של t על מנת למצוא את הפונקציה הקדומה שלהן.
יישומים בחישוב אינטגרלים
עריכה
יישום חשוב שלהן הוא במציאת אינטגרלים של פונקציות שאינן טריגונומטריות: טריק שכיח הוא להשתמש בתחליף טריגונומטרי לפונקציה, ואז לפשט את האינטגרל שהתקבל באמצעות זהות טריגונומטריות.
קיצורים היסטוריים
עריכה
הקיצורים שלהלן שימשו בעבר לצורך ניווט (לדוגמה, נוסחת ה־haversine שימשה לחישוב המרחק בין שתי נקודות על כדור). כיום משתמשים בהם לעיתים נדירות בלבד.
שמות (אנגלית)
קיצורים
הגדרה
versed sine
versin
θ
{\displaystyle {\textrm {versin}}\,\theta }
vers
θ
{\displaystyle {\textrm {vers}}\,\theta }
1
−
cos
θ
{\displaystyle 1-\cos \theta \,}
coversed sine
coversin
θ
{\displaystyle {\textrm {coversin}}\,\theta }
cover
θ
{\displaystyle {\textrm {cover}}\,\theta }
1
−
sin
θ
{\displaystyle 1-\sin \theta \,}
haversed sine
haversin
θ
{\displaystyle {\textrm {haversin}}\,\theta }
hav
θ
{\displaystyle {\textrm {hav}}\,\theta }
1
2
versin
θ
{\displaystyle {\tfrac {1}{2}}{\textrm {versin}}\theta \,}
hacoversed sine
hacoversin
θ
{\displaystyle {\textrm {hacoversin}}\,\theta }
hacov
θ
{\displaystyle {\textrm {hacov}}\,\theta }
1
2
coversin
θ
{\displaystyle {\tfrac {1}{2}}{\textrm {coversin}}\theta \,}
exsecant
exsec
θ
{\displaystyle {\textrm {exsec}}\,\theta \,}
sec
θ
−
1
{\displaystyle \sec \theta -1\,}
excosecant
excsc
θ
{\displaystyle {\textrm {excsc}}\,\theta \,}
csc
θ
−
1
{\displaystyle \csc \theta -1\,}
קישורים חיצוניים
עריכה
ערך מורחב – משפט תלמי
![{\displaystyle \sin[\arccos(x)]={\sqrt {1-x^{2}}}\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/89020e4173e7c25657019ade3629e832bb572ff7)
![{\displaystyle \tan[\arcsin(x)]={\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35f9ce679263ce5306237e3342d22abeb3d9d346)
![{\displaystyle \sin[\arctan(x)]={\frac {x}{\sqrt {1+x^{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d3ed8cedb4c73b01b65314a15152647c9000086)
![{\displaystyle \tan[\arccos(x)]={\frac {\sqrt {1-x^{2}}}{x}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/22e131c5707de0e5ab51c45a4c518f8b137ffb99)
![{\displaystyle \cos[\arctan(x)]={\frac {1}{\sqrt {1+x^{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d2e67d269ac585855446bba315fc260582bc38be)
![{\displaystyle \cot[\arcsin(x)]={\frac {\sqrt {1-x^{2}}}{x}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/03accb0c26aee5933b8bab9603a6d213c5a9b196)
![{\displaystyle \cos[\arcsin(x)]={\sqrt {1-x^{2}}}\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6123652c97881e3910234616ea5ee831deae4a73)
![{\displaystyle \cot[\arccos(x)]={\frac {x}{\sqrt {1-x^{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b3fb51eba767321e7afcc50e38aa936d845c0af)
