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+2isinθcosθ−sin2θ=(cos2θ−sin2θ)+2isinθcosθ
得cos2θ=cos2θ−sin2θ
sin2θ=2sinθcosθ
cos3θ+isin3θ=(cosθ+isinθ)3=
(cosθ)3+3cosθ(isinθ)2+3(cosθ)2(isinθ)+(isinθ)3=
cos3θ−3cosθsin2θ+3cos2θ(isinθ)−isin3θ=
cos3θ−3cosθ(1−cos2θ)+3(1−sin2θ)(isinθ)−isin3θ=
(4cos3θ−3cosθ)+i(3sinθ−4sin3θ)=
得cos3θ=4cos3θ−3cosθ
sin3θ=3sinθ−4sin3θ
半角公式
cosθ+isinθ=(cosθ2+isinθ2)2=
(cosθ2)2+2(cosθ2)(isinθ2))+(isinθ2)2=
(cosθ2)2+2(cosθ2)(isinθ2))−(sinθ2)2=
cos2θ2−(1−cos2θ2)+i2(cosθ2)(sinθ2)=(2cos2θ2−1)+i2(cosθ2)(sinθ2))
得 cosθ=2cos2θ2−1,因此
cosθ2=±√1+cosθ2
cosθ+isinθ=(cosθ2+isinθ2)2=
(cosθ2)2+2(cosθ2)(isinθ2))−(sinθ2)2=
(1−sin2θ2)+2(cosθ2)(isinθ2)−(sin2θ2)=
(1−2sin2θ2)+i2(cosθ2)(sinθ2))=
得 cosθ=1−2sin2θ2,因此
sinθ2=±√1−cosθ2=
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