1. 加法定理とは
加法定理は、2つの角の和や差の三角関数の値を、それぞれの角の三角関数の値から求める公式です。三角比の基本 で学んだ 30∘,45∘,60∘ の値と組み合わせることで、15∘ や 75∘ のような角の値も計算できるようになります。
2. 加法定理の公式一覧
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ
tan(α+β)=1−tanαtanβtanα+tanβ
(α−β の場合は β を −β に置き換えれば、sin(−β)=−sinβ、cos(−β)=cosβ から同様に導けます。)
2.1. 例題1: 加法定理で sin75∘ を求める
sin75∘ の値を求めなさい。
75∘=45∘+30∘ と考えて加法定理を使います。
sin75∘=sin(45∘+30∘)=sin45∘cos30∘+cos45∘sin30∘
=22×23+22×21=46+2
3. 倍角の公式
加法定理で β=α とおくと、次の倍角の公式が導けます。
sin2θ=2sinθcosθ
cos2θ=cos2θ−sin2θ=2cos2θ−1=1−2sin2θ
tan2θ=1−tan2θ2tanθ
3.1. 例題2: 倍角公式を使う
θ が鋭角で sinθ=53 のとき、sin2θ と cos2θ の値を求めなさい。
θ は鋭角なので cosθ>0 です。sin2θ+cos2θ=1 より、
cosθ=1−(53)2=2516=54
倍角公式に代入すると、
sin2θ=2×53×54=2524
cos2θ=1−2×(53)2=1−2518=257
4. 半角の公式
倍角公式の cos2θ=1−2sin2θ などを変形すると、次の半角の公式が得られます。
sin22θ=21−cosθ,cos22θ=21+cosθ
(本文中への画像挿入案: /images/math-2/kahou-teiri-kakudo.png、alt=「加法定理における角の合成を示した単位円の図」をこのセクションの下に配置すると、角度を足し合わせる考え方が視覚的に伝わりやすくなります。)
4.1. 例題3: 半角公式を使う
半角公式を使って cos15∘ の値を求めなさい。
15∘ は 30∘ の半分と考えます。cos30∘=23 なので、
cos215∘=21+cos30∘=21+23=42+3
15∘ は第1象限の角で cos15∘>0 なので、
cos15∘=22+3
5. クイズ
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cosθ=31(0∘<θ<90∘)のとき、cos2θ の値を求めなさい。
答えを見る
正解: −97。cos2θ=2cos2θ−1=2×91−1=92−1=−97。
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加法定理を使って cos75∘ の値を求めなさい。
答えを見る
正解: 46−2。cos75∘=cos(45∘+30∘)=cos45∘cos30∘−sin45∘sin30∘=22×23−22×21=46−2。