$\sin\theta + \cos\theta = \frac{\sqrt{2}}{2}$のとき、以下の値を求めよ。 (1) $\sin\theta \cos\theta$ (2) $\sin^3\theta + \cos^3\theta$ (3) $\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta}$

代数学三角関数三角恒等式式の計算
2025/5/8

1. 問題の内容

sinθ+cosθ=22\sin\theta + \cos\theta = \frac{\sqrt{2}}{2}のとき、以下の値を求めよ。
(1) sinθcosθ\sin\theta \cos\theta
(2) sin3θ+cos3θ\sin^3\theta + \cos^3\theta
(3) tanθ+1tanθ\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta}

2. 解き方の手順

(1) sinθcosθ\sin\theta \cos\theta を求める。
sinθ+cosθ=22\sin\theta + \cos\theta = \frac{\sqrt{2}}{2} の両辺を2乗すると、
(sinθ+cosθ)2=(22)2(\sin\theta + \cos\theta)^2 = (\frac{\sqrt{2}}{2})^2
sin2θ+2sinθcosθ+cos2θ=24\sin^2\theta + 2\sin\theta\cos\theta + \cos^2\theta = \frac{2}{4}
sin2θ+cos2θ=1\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1 より、
1+2sinθcosθ=121 + 2\sin\theta\cos\theta = \frac{1}{2}
2sinθcosθ=1212\sin\theta\cos\theta = \frac{1}{2} - 1
2sinθcosθ=122\sin\theta\cos\theta = -\frac{1}{2}
sinθcosθ=14\sin\theta\cos\theta = -\frac{1}{4}
(2) sin3θ+cos3θ\sin^3\theta + \cos^3\theta を求める。
因数分解の公式 a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2) を使うと、
sin3θ+cos3θ=(sinθ+cosθ)(sin2θsinθcosθ+cos2θ)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\sin\theta + \cos\theta)(\sin^2\theta - \sin\theta\cos\theta + \cos^2\theta)
sin3θ+cos3θ=(sinθ+cosθ)(1sinθcosθ)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\sin\theta + \cos\theta)(1 - \sin\theta\cos\theta)
sinθ+cosθ=22\sin\theta + \cos\theta = \frac{\sqrt{2}}{2}sinθcosθ=14\sin\theta\cos\theta = -\frac{1}{4} を代入すると、
sin3θ+cos3θ=(22)(1(14))\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\frac{\sqrt{2}}{2})(1 - (-\frac{1}{4}))
sin3θ+cos3θ=(22)(54)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\frac{\sqrt{2}}{2})(\frac{5}{4})
sin3θ+cos3θ=528\sin^3\theta + \cos^3\theta = \frac{5\sqrt{2}}{8}
(3) tanθ+1tanθ\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} を求める。
tanθ=sinθcosθ\tan\theta = \frac{\sin\theta}{\cos\theta} より、
tanθ+1tanθ=tanθ+cosθsinθ\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = \tan\theta + \frac{\cos\theta}{\sin\theta}
tanθ+1tanθ=sinθcosθ+cosθsinθ\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = \frac{\sin\theta}{\cos\theta} + \frac{\cos\theta}{\sin\theta}
tanθ+1tanθ=sin2θ+cos2θsinθcosθ\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = \frac{\sin^2\theta + \cos^2\theta}{\sin\theta\cos\theta}
tanθ+1tanθ=1sinθcosθ\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = \frac{1}{\sin\theta\cos\theta}
sinθcosθ=14\sin\theta\cos\theta = -\frac{1}{4} を代入すると、
tanθ+1tanθ=114\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = \frac{1}{-\frac{1}{4}}
tanθ+1tanθ=4\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = -4

3. 最終的な答え

(1) sinθcosθ=14\sin\theta \cos\theta = -\frac{1}{4}
(2) sin3θ+cos3θ=528\sin^3\theta + \cos^3\theta = \frac{5\sqrt{2}}{8}
(3) tanθ+1tanθ=4\tan\theta + \frac{1}{\tan\theta} = -4

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