与えられた三角関数の等式を証明せよ、という問題です。具体的には、積和の公式((1)~(3))と和積の公式((4)~(6))を示す必要があります。

解析学三角関数加法定理積和の公式和積の公式
2025/7/28

1. 問題の内容

与えられた三角関数の等式を証明せよ、という問題です。具体的には、積和の公式((1)~(3))と和積の公式((4)~(6))を示す必要があります。

2. 解き方の手順

(1)~(3)は、加法定理から導きます。
(4)~(6)は、(1)~(3)で導いた式を用いて導きます。
(1) sin(x+y)=sinxcosy+cosxsinysin(x+y) = sinx cosy + cosx siny
sin(xy)=sinxcosycosxsinysin(x-y) = sinx cosy - cosx siny
2つの式を足すと、
sin(x+y)+sin(xy)=2sinxcosysin(x+y) + sin(x-y) = 2sinx cosy
したがって、
sinxcosy=12{sin(x+y)+sin(xy)}sinx cosy = \frac{1}{2} \{ sin(x+y) + sin(x-y) \}
(2) cos(x+y)=cosxcosysinxsinycos(x+y) = cosx cosy - sinx siny
cos(xy)=cosxcosy+sinxsinycos(x-y) = cosx cosy + sinx siny
2つの式を足すと、
cos(x+y)+cos(xy)=2cosxcosycos(x+y) + cos(x-y) = 2cosx cosy
したがって、
cosxcosy=12{cos(x+y)+cos(xy)}cosx cosy = \frac{1}{2} \{ cos(x+y) + cos(x-y) \}
(3) cos(x+y)=cosxcosysinxsinycos(x+y) = cosx cosy - sinx siny
cos(xy)=cosxcosy+sinxsinycos(x-y) = cosx cosy + sinx siny
2つの式を引き算すると、
cos(x+y)cos(xy)=2sinxsinycos(x+y) - cos(x-y) = -2sinx siny
したがって、
sinxsiny=12{cos(x+y)cos(xy)}sinx siny = -\frac{1}{2} \{ cos(x+y) - cos(x-y) \}
(4)
x+y=Ax+y = A
xy=Bx-y = B
とおくと、
x=A+B2x = \frac{A+B}{2}
y=AB2y = \frac{A-B}{2}
(1)の式に代入すると、
sin(A+B2)cos(AB2)=12{sin(A)+sin(B)}sin(\frac{A+B}{2}) cos(\frac{A-B}{2}) = \frac{1}{2} \{ sin(A) + sin(B) \}
したがって、
sinA+sinB=2sin(A+B2)cos(AB2)sinA + sinB = 2sin(\frac{A+B}{2}) cos(\frac{A-B}{2})
(与えられた式と少し違います。写真の問題がおかしいと思われます。)
(5)
x+y=Ax+y = A
xy=Bx-y = B
とおくと、
x=A+B2x = \frac{A+B}{2}
y=AB2y = \frac{A-B}{2}
(2)の式に代入すると、
cos(A+B2)cos(AB2)=12{cos(A)+cos(B)}cos(\frac{A+B}{2}) cos(\frac{A-B}{2}) = \frac{1}{2} \{ cos(A) + cos(B) \}
したがって、
cosA+cosB=2cos(A+B2)cos(AB2)cosA + cosB = 2cos(\frac{A+B}{2}) cos(\frac{A-B}{2})
(6)
x+y=Ax+y = A
xy=Bx-y = B
とおくと、
x=A+B2x = \frac{A+B}{2}
y=AB2y = \frac{A-B}{2}
(3)の式に代入すると、
sin(A+B2)sin(AB2)=12{cos(A)cos(B)}sin(\frac{A+B}{2}) sin(\frac{A-B}{2}) = -\frac{1}{2} \{ cos(A) - cos(B) \}
したがって、
cosAcosB=2sin(A+B2)sin(AB2)cosA - cosB = -2sin(\frac{A+B}{2}) sin(\frac{A-B}{2})

3. 最終的な答え

(1) sinxcosy=12{sin(x+y)+sin(xy)}sinx cosy = \frac{1}{2} \{ sin(x+y) + sin(x-y) \}
(2) cosxcosy=12{cos(x+y)+cos(xy)}cosx cosy = \frac{1}{2} \{ cos(x+y) + cos(x-y) \}
(3) sinxsiny=12{cos(x+y)cos(xy)}sinx siny = -\frac{1}{2} \{ cos(x+y) - cos(x-y) \}
(4) sinA+sinB=2sin(A+B2)cos(AB2)sinA + sinB = 2sin(\frac{A+B}{2}) cos(\frac{A-B}{2})
(5) cosA+cosB=2cos(A+B2)cos(AB2)cosA + cosB = 2cos(\frac{A+B}{2}) cos(\frac{A-B}{2})
(6) cosAcosB=2sin(A+B2)sin(AB2)cosA - cosB = -2sin(\frac{A+B}{2}) sin(\frac{A-B}{2})

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