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掛けると必ず 1 になる tanθ と 1/tanθ の対称式・交代式

と は、掛けると必ず になります。積が最初から決まっている 2 つの数。

だから和さえ分かれば、 乗の和も 乗の和も出せます。和と積で書き直すやり方が、積を に固定した形でそのまま使える。

さらに和のほうは に等しくなる。正弦と余弦の話へつながっていきます。

逆数は余角の正接

は余接と呼ばれ、 と書かれます[1]。

この値は に等しい[2]。つまり の余角の正接。

canvas: 式は呼び出しにそのまま書いてください。この引数は焼けません -> drawMath(… upper …)

を にとり替えると、 と が入れかわる。

この入れかえで形が変わらない式が対称式、符号だけが変わる式が交代式です[3]。

和は正弦と余弦の積の逆数

を通分する。

分子が になるので、次の形に落ちます[4]。

を と書けば 。正弦と余弦の積が分かれば、正接の和もすぐ出る。

例:30 度で確かめる

、 です。

足すと になる。 で、その逆数が 。

値が一致しました。 で計算しても は同じ になります。

差は交代式になる

も同じように通分する。

分子が引き算になった。 を に替えると と が入れかわるので、 は符号だけを変える。

では と がどちらも なので、 になります。

2 乗の差はいつも 4

積が に固定されているので、和と差の 2 乗の差も動かない。

角がどこにあっても です。 が分かれば の 2 乗もすぐ出る。

和と差の関係が 角によらず固定される のは、積が という特別な値だからです。

正弦と余弦のときは積が と動くので、こうはならない。

例:30 度で 2 乗の差を見る

、。

では に変わりますが、 乗すると同じ値。差は のままになります。

2 乗の和と 3 乗の和

積が なので、対称式の書き直しがとても短くなります。

和を 、積を として対称式の一般形に当てはめた結果になっている。

例:30 度で 2 乗と 3 乗の和

、 なので、和は 。

になり、一致する。

乗の和は 。直接計算しても で合います。

鋭角では和が 2 を下回らない

のとき、 は 以上になる。

理由は 乗の形にあります。 を展開すると が出る。

等号が成り立つのは 、つまり のとき。

鈍角では が負なので、 は 以下になります。 から のあいだの値はとれない。

のとき、 の値はどれですか。

__RESULT__

和は に等しいので、 です。 は がとれる最大の値で、 のときの値になります。

例:正弦と余弦の条件から出す

という条件から始めます。ここから が出る。

が 以下なので、 が鈍角だと確かめられます。

の 2 乗は になる。 です。

とするとき、 を で表したものはどれですか。

__RESULT__

を展開すると になります。真ん中の は積が だから出てくる項で、これを引けば答えです。

と の組は、積が に固定された対称式の教材そのものになっています。和 を 1 つ手に入れれば、あとの式は の多項式で書ける。

参考文献

Eric W. Weisstein. *Cotangent*. MathWorld, Wolfram Research.
Right Triangle Trigonometry. Algebra and Trigonometry 2e, OpenStax.
Eric W. Weisstein. *Symmetric Polynomial*. MathWorld, Wolfram Research.
Steven Butler. Notes from Trigonometry. Section 5.4, The Pythagorean identities.
tanθ と 1/tanθ は積が最初から 1 に決まっているので、和 u を 1 つ手に入れれば 2 乗の和も 3 乗の和も u の多項式で書けます。しかも u は sinθcosθ の逆数に等しい。1/tanθ は 90 度マイナス θ の正接なので、θ を余角にとり替えると 2 つが入れかわります。この入れかえで形が変わらないのが対称式、符号だけ変わるのが交代式です。和と差の 2 乗の差はいつも 4 になる。鋭角では和が 2 を下回らず、等号は 45 度でとります。鈍角では逆に -2 以下になる。