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棣美弗公式推導三角函數倍角半角公式

 

高中數學教材的棣美弗公式 (cosθ+isinθ)n=cosnθ+isinnθ,n是整數。

 

倍角公式

cos2θ+isin2θ=(cosθ+isinθ)2=
cos2θ+2(cosθ)(isinθ)+(isinθ)2=
cos2θ+2isinθcosθsin2θ=(cos2θsin2θ)+2isinθcosθ

cos2θ=cos2θsin2θ

sin2θ=2sinθcosθ

 

cos3θ+isin3θ=(cosθ+isinθ)3=

(cosθ)3+3cosθ(isinθ)2+3(cosθ)2(isinθ)+(isinθ)3=

cos3θ3cosθsin2θ+3cos2θ(isinθ)isin3θ=

cos3θ3cosθ(1cos2θ)+3(1sin2θ)(isinθ)isin3θ=

(4cos3θ3cosθ)+i(3sinθ4sin3θ)=

cos3θ=4cos3θ3cosθ

sin3θ=3sinθ4sin3θ

 

半角公式

cosθ+isinθ=(cosθ2+isinθ2)2=

(cosθ2)2+2(cosθ2)(isinθ2))+(isinθ2)2=

(cosθ2)2+2(cosθ2)(isinθ2))(sinθ2)2=

cos2θ2(1cos2θ2)+i2(cosθ2)(sinθ2)=(2cos2θ21)+i2(cosθ2)(sinθ2))

cosθ=2cos2θ21,因此

cosθ2=±1+cosθ2

 

cosθ+isinθ=(cosθ2+isinθ2)2=

(cosθ2)2+2(cosθ2)(isinθ2))(sinθ2)2=

(1sin2θ2)+2(cosθ2)(isinθ2)(sin2θ2)=

(12sin2θ2)+i2(cosθ2)(sinθ2))=

cosθ=12sin2θ2,因此

sinθ2=±1cosθ2=

 


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