高中数学 · D 模块

积化和差

把两个三角函数的乘积改写为和或差,便于求值或合并。方法是将和角、差角公式相加或相减,消去一类乘积。

余弦乘余弦

两条余弦公式相加

要把 $\cos\alpha\cos\beta$ 改写为和差,先看下面两条余弦公式。

$$\begin{aligned}\cos(\alpha+\beta)&=\cos\alpha\cos\beta-\sin\alpha\sin\beta\\\cos(\alpha-\beta)&=\cos\alpha\cos\beta+\sin\alpha\sin\beta\end{aligned}$$

两条公式中的正弦乘积符号相反,相加就能消去。

$$\cos(\alpha+\beta)+\cos(\alpha-\beta)=2\cos\alpha\cos\beta$$

两式相加,正弦乘积抵消,留下两个相同的余弦乘积。

$$\cos\alpha\cos\beta=\frac{1}{2}[\cos(\alpha+\beta)+\cos(\alpha-\beta)]$$

两边同除以 $2$,再交换等号两边。

正弦乘正弦

差角余弦减去和角余弦

要把 $\sin\alpha\sin\beta$ 改写为和差,先看下面两条余弦公式。

$$\begin{aligned}\cos(\alpha+\beta)&=\cos\alpha\cos\beta-\sin\alpha\sin\beta\\\cos(\alpha-\beta)&=\cos\alpha\cos\beta+\sin\alpha\sin\beta\end{aligned}$$

两条公式中的余弦乘积相同,相减就能消去。

$$\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)=2\sin\alpha\sin\beta$$

用下式减去上式,余弦乘积抵消,正弦乘积相加。

$$\sin\alpha\sin\beta=\frac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)]$$

两边同除以 $2$,再交换等号两边。

这里是差角余弦减去和角余弦,顺序交换后,结果会变号。

正弦乘余弦

两条正弦公式相加

要把 $\sin\alpha\cos\beta$ 改写为和差,先看下面两条正弦公式。

$$\begin{aligned}\sin(\alpha+\beta)&=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta\\\sin(\alpha-\beta)&=\sin\alpha\cos\beta-\cos\alpha\sin\beta\end{aligned}$$

两条公式中的余弦乘正弦符号相反,相加就能消去。

$$\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)=2\sin\alpha\cos\beta$$

两式相加,$\cos\alpha\sin\beta$ 抵消,留下两份 $\sin\alpha\cos\beta$。

$$\sin\alpha\cos\beta=\frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)]$$

两边同除以 $2$,再交换等号两边。

余弦乘正弦

和角正弦减去差角正弦

要把 $\cos\alpha\sin\beta$ 改写为和差,先看下面两条正弦公式。

$$\begin{aligned}\sin(\alpha+\beta)&=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta\\\sin(\alpha-\beta)&=\sin\alpha\cos\beta-\cos\alpha\sin\beta\end{aligned}$$

两条公式中的正弦乘余弦相同,相减就能消去。

$$\sin(\alpha+\beta)-\sin(\alpha-\beta)=2\cos\alpha\sin\beta$$

用上式减去下式,$\sin\alpha\cos\beta$ 抵消,留下两份 $\cos\alpha\sin\beta$。

$$\cos\alpha\sin\beta=\frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)-\sin(\alpha-\beta)]$$

两边同除以 $2$,再交换等号两边。

公式总结

积化和差公式汇总

以下公式对任意实数 $\alpha,\beta$ 成立。

积化和差公式汇总
原式完整公式
$\cos\alpha\cos\beta$$\cos\alpha\cos\beta=\dfrac{1}{2}[\cos(\alpha+\beta)+\cos(\alpha-\beta)]$
$\sin\alpha\sin\beta$$\sin\alpha\sin\beta=\dfrac{1}{2}[\cos(\alpha-\beta)-\cos(\alpha+\beta)]$
$\sin\alpha\cos\beta$$\sin\alpha\cos\beta=\dfrac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)]$
$\cos\alpha\sin\beta$$\cos\alpha\sin\beta=\dfrac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)-\sin(\alpha-\beta)]$

将和角、差角公式相加或相减,消去一类乘积,再除以 $2$。右边的角都是原来两角的和与差。