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附加数学 · 三角函数

和角公式与倍角公式

公式都背了,却不知该用哪一条。

和角公式把两个角的和或差的三角函数展开。倍角公式是它的特殊情形,两个角相等。

这一课属于三角函数单元,建立在用恒等式化简之上。

公式有哪些?

公式 倍角形式(B = A)
sin(A ± B) = sin A cos B ± cos A sin B sin 2A = 2 sin A cos A
cos(A ± B) = cos A cos B ∓ sin A sin B cos 2A = cos²A − sin²A = 2cos²A − 1 = 1 − 2sin²A
tan(A ± B) = (tan A ± tan B) ÷ (1 ∓ tan A tan B) tan 2A = 2 tan A ÷ (1 − tan²A)

注意余弦的符号会翻转:cos(A + B) 的两项之间是减号。

例题一:精确值

求 sin 75° 的精确值。

把 75° 写成 45° + 30°。则 sin 75° = sin 45° cos 30° + cos 45° sin 30° = (√2 ÷ 2)(√3 ÷ 2) + (√2 ÷ 2)(1 ÷ 2) = (√6 + √2) ÷ 4。

用数值核对:(2.449 + 1.414) ÷ 4 ≈ 0.966,而 sin 75° ≈ 0.966。

例题二:从已知的比值出发

已知 sin A = 3/5,A 是锐角,求 sin 2A 和 cos 2A。

A 是锐角,所以由 3-4-5 三角形得 cos A = 4/5。于是 sin 2A = 2 sin A cos A = 2 × 3/5 × 4/5 = 24/25,cos 2A = 1 − 2sin²A = 1 − 2(9/25) = 7/25。

检验:(24/25)² + (7/25)² = (576 + 49) ÷ 625 = 1。

例题三:方程

解 sin 2x = sin x,范围 0° ≤ x ≤ 360°。

把 sin 2x 换成 2 sin x cos x:2 sin x cos x − sin x = 0,所以 sin x(2cos x − 1) = 0。不可以两边除以 sin x,因为这样会丢掉 sin x = 0 的解。

sin x = 0 给出 x = 0°、180°、360°。cos x = ½ 给出 x = 60°、300°。完整的答案是 0°、60°、180°、300°、360°。

会丢分的错误

常见的失误是把公式当成可以分配的,写成 sin(A + B) = sin A + sin B,或者 sin 2A = 2 sin A。

步骤 错误 正确
展开 sin 2A 2 sin A 2 sin A cos A
用 A = 30° 测试 2 sin 30° = 1 sin 60° = 0.866,2 × 0.5 × 0.866 = 0.866
结论 测试不通过 测试通过

在长题目里用一条新公式之前,先用一个简单的角度测试它。

自我检查

已知 cos A = 5/13,A 是锐角,求 sin 2A 和 cos 2A。

答案

A 是锐角,所以由 5-12-13 三角形得 sin A = 12/13。

sin 2A = 2 × 12/13 × 5/13 = 120/169,cos 2A = 2cos²A − 1 = 2(25/169) − 1 = −119/169。

检验:120² + 119² = 14 400 + 14 161 = 28 561 = 169²。

接下来学什么

下一课看这些函数画成图像的样子:画变换后的三角函数图像。然后用三角函数练习题测试整个单元。

想让老师陪你练习这些公式,可以看线上一对一附加数学补习。

常见问题

哪些公式一定要背?

要背 sin(A ± B)、cos(A ± B)、tan(A ± B),以及倍角的 sin 2A = 2 sin A cos A、cos 2A = cos²A − sin²A 和 tan 2A = 2 tan A ÷ (1 − tan²A)。cos 2A 的其他形式可以由恒等式推出。

什么时候用倍角公式?

题目里同时出现 2x 和 x,或者要把 2A 写成 A 的式子时就用。它能把 sin 2x = sin x 变成 sin x(2cos x − 1) = 0,变成可以解的形式。

怎样求 sin 75° 这样的精确值?

把角度写成特殊角的和或差,例如 45° + 30°,再代入和角公式与精确值。答案保留根号。

sin(A + B) 等于 sin A + sin B 吗?

不等于。取 A = B = 30° 测试:sin 60° 约是 0.866,但 sin 30° + sin 30° = 1。正确的公式是 sin A cos B + cos A sin B。

如果这些公式只是照抄的符号,不知何时该用,一对一的老师可以把每条公式连到你自己的考试题目上。

  • 为孩子安排线上一对一课程,由经验丰富的老师授课。
  • 第一堂是一小时试听课,RM50 起。学费在预约前就先谈好。
  • 对老师满意就继续上课,每堂约 1.5 小时;不满意可以要求换老师。