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sin(A+B) はなぜ sinC になるのか?三角形の内角と三角比

三角形の 3 つの角を とすると、 に等しくなります。

のほうは 。符号が入れかわる。

角を半分にすると関係も変わります。 という形になる。

内角の和は 180 度

三角形の内角の和が 直角、つまり であることは、ユークリッドの原論に命題として置かれています[1]

3 つの角を切り離して頂点をそろえて並べると、ちょうど一直線になる。

外角が残り 2 つの内角の和に等しい、という言い方も同じ内容[1]

A と B の和は C の補角

を移項します。

つまり の補角です。補角の公式がそのまま使える形になる[2]

補角の公式を当てはめると、3 本の関係がそろって出てきます[4]

正弦だけが符号を変えません。 は、単位円で高さの等しい 2 点に対応する。

例:C が 40 度の三角形

で、 と同じ値になる。 の符号違いです。

。こちらも符号だけが違う。

例:等式を証明する

を示します。三角形の内角なので

途中で使ったのは補角の公式だけです。内角の和を移項して、 から引く形を作った。

証明の要は A+B を C だけの式に置きかえる ところで、そのあとは公式を 1 回当てるだけです。

も、まったく同じ 2 手で出る。

半分にすると余角になる

の両辺を で割ります。

引く数が から に変わりました。補角ではなく余角の関係になる[3]

余角の公式では正弦と余弦が入れかわります。だから半角どうしの関係は次の形になる。

例:C が 80 度で確かめる

。値が一致しました。

も同じです。 が余角どうしだから。

例:半角の等式を証明する

を示します。

内角の和を で割って余角の形にする。使う公式が補角から余角へ替わるだけで、手順は前と変わりません。

例:足して 0 になる形

を計算する。

どんな三角形でも になります。 の値を決めずに答えが出る、という点がこの手の等式の特徴。

も同じ理屈で成り立つ。

直角三角形では余角そのものになる

のとき です。 が余角どうしになる。

直角三角形の 2 つの鋭角についての関係が、ここから出てくる。

図の は、たがいに余角の関係にある 2 つの鋭角です。

ただし だけは使えません。 では正接が定義されないため。

三角形 のとき、 の値はどれですか。

__RESULT__

で、 です。正弦は補角で符号を変えません。 にあたる値になります。

例:3 つの角の関係を使う

三角形 が成り立つことを見る。

なので、補角の公式から 。どの頂点を主役にしても同じ形が出る。

も、 も成り立ちます。

三角形 で、 と等しいものはどれですか。

__RESULT__

なので、余角の公式で余弦が正弦に変わります。 と等しい別の値です。

三角形の内角の等式は、 に書きかえた時点でほぼ終わります。あとは補角か余角の公式を 1 回当てるだけ。

参考

D. E. Joyce, ed. *Euclid's Elements, Book I, Proposition 32*. Clark University.
*Further trigonometry*. The Improving Mathematics Education in Schools (TIMES) Project, AMSI and ICE-EM.
*Introductory trigonometry*. The Improving Mathematics Education in Schools (TIMES) Project, AMSI and ICE-EM.
Table 4.16.2, Elementary Properties. NIST Digital Library of Mathematical Functions.
内角の和が 180 度なので、A + B は C の補角になります。補角では sin が変わらず cos と tan が符号を落とすので、sin(A+B) = sinC、cos(A+B) = -cosC、tan(A+B) = -tanC がまとめて出る。両辺を 2 で割ると (A+B)/2 = 90 度 - C/2 となり、今度は余角の関係に変わります。だから sin((A+B)/2) = cos(C/2)。三角形の等式の証明は、A+B を 180 度 - C に書きかえた時点でほぼ終わります。C が 90 度のとき tan の関係だけが使えない理由と、そこで A と B が余角そのものになることも扱いました。