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English

加法定理でしか出せない角度がある(15 度と 75 度の値)

ではありません。

左は 。右は もずれる。

角の足し算は、そのままでは中へ入れません。正しく入るための式が加法定理[1]

に替えれば引き算の形も作れます。 は奇関数、 は偶関数なので符号だけが変わる。

6 つまとめて

は符号がそのまま、 は逆になります[2]

の符号が逆になる理由は、 で確かめられます。 と置いて

もし符号が逆だったら になり、 になりません。符号を忘れたらこの検算で決まる。

のほうも同じ手が使える。 で、こちらも合う。

15 度の値を出す

は三角定規にありません。単位円にも しか刻まれていない。

ところが 。知っている 2 つの差で書けます。

計算すると

のほうは符号が逆になるので足し算になる。

数値で確かめます。 なので

電卓の で、同じ値になりました。

75 度と 105 度

。今度は足し算の形を使います。

が同じ値になりました。 なので、 がいれかわった形。

でも作れる。

になりました。 なので、 の値が一致する。

刻みの角は、この つの組み合わせですべて作れます。 が種になっている。

は積が 。互いに逆数。

tan の加法定理

は分数なので、形が少し違う。

導き方は割り算。 の分母分子を で割ります[2]

分子は

分母は になる。

を計算してみます。 で引き算の形。

例:値だけが与えられたとき

はどちらも鋭角で、 とします。

角そのものは有名角ではない。それでも は計算できます。

まず足りない値を補います。鋭角なので符号はすべて正。

も計算します。

が正で が負なので、 は第 2 象限。鋭角 つの和が鈍角になったと分かる。

検算も効きます。

2 倍角はここから作れる

を入れるだけで 2 倍角の公式になります。

。別に覚える式ではありません[3]

倍角も同じ。 と分ければ、2 倍角と加法定理の組み合わせで作れます。

加法定理は、三角関数の公式群のいちばん上流にあります。ここから下へ流れていく形。

加法定理

角の足し算を中へ入れる。上流にある 1 本で、ここから 2 倍角も半角も積和も作れる

2 倍角や半角

加法定理に特定の値を入れた結果。忘れても、上流に戻れば作り直せる

まちがえやすい点

の符号がいちばん多い誤りです。足し算のとき は引き算、引き算のとき は足し算。

「コスモス、サインコサイン」のような語呂もありますが、 を入れる検算のほうが確実に決まります。

の分母の符号も逆になる。 の分母は

のときは分母が 。このとき で、 が定義できません。

角をばらす分け方もまちがえやすい。 であって ではありません。知っている角どうしに分ける。

の値はどれですか。

__RESULT__

と分けます。 は引き算なので です。 は鈍角なので が負になる点でも確かめられます。

の形も確かめます。

のとき、 はどれですか。

__RESULT__

分子は 、分母は です。割ると になります。分母を とすると になってしまうので、符号の向きで答えが変わります。

角を知っている 2 つに割り、公式に入れて、符号を確かめる。

参考

Sum and Difference Identities. Algebra and Trigonometry 2e, OpenStax.
É. Bouchet. Trigonométrie, Cours de PCSI, Proposition 1.8 と 1.11.
S. Ober-Blöbaum. Trigonometrische und hyperbolische Funktionen, Mathematik für Chemiker, Universität Paderborn(Additionstheoreme とその帰結).
$\sin(30^\circ + 60^\circ)$ は $1$ ですが、$\sin 30^\circ + \sin 60^\circ$ は $1.366\cdots$ です。角の足し算はそのままでは中へ入れません。$15^\circ$ を $45^\circ - 30^\circ$ に割れば $\dfrac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}$ が出て、三角定規にない角の値まで手が届く。$\cos$ と $\tan$ だけ符号が逆になる理由は、$\alpha = \beta$ を入れて $\cos 0 = 1$ になるかを見れば決まります。$\sin\alpha = \dfrac{3}{5}$、$\cos\beta = \dfrac{5}{13}$ のように値だけ与えられた場合の解き方と、2 倍角がここから流れ出る仕組みまで。