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English

かけ算をたし算に変える、三角関数の積和と和積の公式

を電卓なしで計算します。かけ算のままでは進みませんが、足し算に直せば片づく。

を入れると

これが積和の公式[1]。逆向きに、和を積へ直す和積の公式もある。

加法定理を足すか引くかだけ

新しい定理ではありません。加法定理を 2 つ並べて、足すか引くかした形[2]

辺々を足すと右辺の第 2 項が消えます。

両辺を で割れば、冒頭の式そのもの。引けば の式になります。

の加法定理でも同じことをする。足せば 、引けば が残る。

積和の 4 つ

最後の 1 つだけ先頭にマイナスがつきます。 の加法定理で の項に がついているため[1]

覚えるかわりに、その場で作り直せます。加法定理を 2 行書いて、足すか引くかを選ぶ。

どうしの積からは が、 どうしの積からも が残ります。 が残るのは混ざった積のとき。

積和は、かけ算を足し算へ落とす 操作です。

かけ算のままでは積分もできず、 になる条件も読めません。足し算にすると、項ごとにばらして扱えます。

和積の 4 つ

積和を逆向きに読みます。 と置き換える。

このとき になる。

つの角の平均、 は差の半分[1]

の引き算だけ先頭が になります。ここも積和のマイナスが引き継がれた形。

例:cos75° + cos15°

平均は 、差の半分は

加法定理からも確かめられます。 なので、足すと が消えて になる。

も単独では根号が 2 つ並ぶ値ですが、足すと 1 つにまとまる。これが和積の効き目です。

因数分解の道具として使う

和積のいちばんの使い道は、方程式の因数分解。

を解きます。左辺のままでは、共通因数が見えません。

和積を当てる。平均は 、差の半分は です。

積が になったので、 または に分かれます。

なら、前者から 、後者から

重なりを除いて が答え。

なら 。同じ手順で分かれます。

和のままでは因数分解できない

和積で積に直す

それぞれを 0 と置いて解く

例:積分で次数を落とす

は、積のままでは原始関数が見えません。

積和で開く。

足し算になれば、項ごとに積分できます。

の積分も同じ発想。 と直してから積分します[1]

かけ算は積分と相性が悪く、足し算は相性がよい。積和はその橋渡しをしています。

まちがえやすい点

の先頭のマイナスを落とす誤りが多い。 から を引く形。

を忘れる誤りも同じくらい多い。加法定理を足した時点で右辺が 倍になっているため。

和積では、平均と差の半分をとり違えやすい。 の前にくるのは の前は

ただし だけは順序がいれかわります。 が平均、 が差の半分。

確かめ方は です。 になるはずで、右辺は を含む形でなければならない。

を和の形に直すとどれですか。

__RESULT__

を使います。 なので です。引き算になるのは のほうで、そちらは先頭にマイナスもつきます。

和積のほうも確かめます。

を積の形に直すとどれですか。

__RESULT__

平均は 、差の半分は です。足し算では の前に平均がくるので になります。 なので、値は そのもの。 のほうの答えです。

加法定理を 2 行書き、足すか引くか。積和も和積も、そこから毎回作り直せます。

出典

Sum-to-Product and Product-to-Sum Formulas. Algebra and Trigonometry 2e, OpenStax.
É. Bouchet. Trigonométrie, Cours de PCSI, Proposition 1.8 の注(積和の 3 本と、 を因数分解する例).
$\sin 75^\circ\cos 15^\circ$ は掛け算のままでは進みませんが、$\dfrac{1}{2}(\sin 90^\circ + \sin 60^\circ)$ に開けば $\dfrac{2+\sqrt{3}}{4}$ と出ます。積和も和積も新しい定理ではなく、加法定理を 2 行並べて足すか引くかしただけ。8 本を覚えるより、その場で作り直すほうが速い。$\sin 3\theta + \sin\theta = 2\sin 2\theta\cos\theta$ と直せば方程式が因数分解でき、$\int \sin 3x\cos x\,dx$ は和に開いてから積めます。$\sin\alpha\sin\beta$ だけ先頭にマイナスが付く理由も扱いました。