(1) $0 < \alpha < \frac{\pi}{2}$, $\frac{\pi}{2} < \beta < \pi$ とする。$\sin \alpha = \frac{2}{3}$, $\sin \beta = \frac{3\sqrt{5}}{7}$ のとき、$\cos \alpha$, $\cos \beta$, $\sin(\alpha + \beta)$, $\cos 2\alpha$ の値を求める。 (2) $0 < \theta < \pi$ において $\cos \theta = -\frac{1}{4}$ のとき、$\sin \frac{\theta}{2}$, $\cos \frac{\theta}{2}$, $\cos 2\frac{\theta}{2}$ の値を求める。 (3) $\sqrt{3} \sin \theta - \cos \theta$ を $A \sin(\theta - B)$ の形に変形し、 $0 \le \theta < 2\pi$ のとき、$\sqrt{3} \sin \theta - \cos \theta = \sqrt{2}$ を満たす $\theta$ の値を求める。

解析学三角関数加法定理半角の公式三角関数の合成
2025/6/3

1. 問題の内容

(1) 0<α<π20 < \alpha < \frac{\pi}{2}, π2<β<π\frac{\pi}{2} < \beta < \pi とする。sinα=23\sin \alpha = \frac{2}{3}, sinβ=357\sin \beta = \frac{3\sqrt{5}}{7} のとき、cosα\cos \alpha, cosβ\cos \beta, sin(α+β)\sin(\alpha + \beta), cos2α\cos 2\alpha の値を求める。
(2) 0<θ<π0 < \theta < \pi において cosθ=14\cos \theta = -\frac{1}{4} のとき、sinθ2\sin \frac{\theta}{2}, cosθ2\cos \frac{\theta}{2}, cos2θ2\cos 2\frac{\theta}{2} の値を求める。
(3) 3sinθcosθ\sqrt{3} \sin \theta - \cos \thetaAsin(θB)A \sin(\theta - B) の形に変形し、 0θ<2π0 \le \theta < 2\pi のとき、3sinθcosθ=2\sqrt{3} \sin \theta - \cos \theta = \sqrt{2} を満たす θ\theta の値を求める。

2. 解き方の手順

(1)
cos2α=1sin2α=1(23)2=149=59\cos^2 \alpha = 1 - \sin^2 \alpha = 1 - (\frac{2}{3})^2 = 1 - \frac{4}{9} = \frac{5}{9}
0<α<π20 < \alpha < \frac{\pi}{2} より cosα>0\cos \alpha > 0 なので、
cosα=59=53\cos \alpha = \sqrt{\frac{5}{9}} = \frac{\sqrt{5}}{3}
cos2β=1sin2β=1(357)2=14549=449\cos^2 \beta = 1 - \sin^2 \beta = 1 - (\frac{3\sqrt{5}}{7})^2 = 1 - \frac{45}{49} = \frac{4}{49}
π2<β<π\frac{\pi}{2} < \beta < \pi より cosβ<0\cos \beta < 0 なので、
cosβ=449=27\cos \beta = -\sqrt{\frac{4}{49}} = -\frac{2}{7}
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ=23×(27)+53×357=421+1521=1121\sin(\alpha + \beta) = \sin \alpha \cos \beta + \cos \alpha \sin \beta = \frac{2}{3} \times (-\frac{2}{7}) + \frac{\sqrt{5}}{3} \times \frac{3\sqrt{5}}{7} = -\frac{4}{21} + \frac{15}{21} = \frac{11}{21}
cos2α=12sin2α=12(23)2=12×49=189=19\cos 2\alpha = 1 - 2\sin^2 \alpha = 1 - 2(\frac{2}{3})^2 = 1 - 2 \times \frac{4}{9} = 1 - \frac{8}{9} = \frac{1}{9}
(2)
sin2θ2=1cosθ2=1(14)2=1+142=542=58\sin^2 \frac{\theta}{2} = \frac{1 - \cos \theta}{2} = \frac{1 - (-\frac{1}{4})}{2} = \frac{1 + \frac{1}{4}}{2} = \frac{\frac{5}{4}}{2} = \frac{5}{8}
0<θ<π0 < \theta < \pi より 0<θ2<π20 < \frac{\theta}{2} < \frac{\pi}{2} なので、sinθ2>0\sin \frac{\theta}{2} > 0
sinθ2=58=104\sin \frac{\theta}{2} = \sqrt{\frac{5}{8}} = \frac{\sqrt{10}}{4}
cos2θ2=1+cosθ2=1+(14)2=1142=342=38\cos^2 \frac{\theta}{2} = \frac{1 + \cos \theta}{2} = \frac{1 + (-\frac{1}{4})}{2} = \frac{1 - \frac{1}{4}}{2} = \frac{\frac{3}{4}}{2} = \frac{3}{8}
0<θ2<π20 < \frac{\theta}{2} < \frac{\pi}{2} より cosθ2>0\cos \frac{\theta}{2} > 0
cosθ2=38=64\cos \frac{\theta}{2} = \sqrt{\frac{3}{8}} = \frac{\sqrt{6}}{4}
cos2θ2=cosθ=14\cos 2\frac{\theta}{2} = \cos \theta = -\frac{1}{4}
(3)
3sinθcosθ=2(32sinθ12cosθ)=2(cosπ6sinθsinπ6cosθ)=2sin(θπ6)\sqrt{3} \sin \theta - \cos \theta = 2(\frac{\sqrt{3}}{2} \sin \theta - \frac{1}{2} \cos \theta) = 2(\cos \frac{\pi}{6} \sin \theta - \sin \frac{\pi}{6} \cos \theta) = 2 \sin(\theta - \frac{\pi}{6})
3sinθcosθ=2\sqrt{3} \sin \theta - \cos \theta = \sqrt{2}
2sin(θπ6)=22 \sin(\theta - \frac{\pi}{6}) = \sqrt{2}
sin(θπ6)=22\sin(\theta - \frac{\pi}{6}) = \frac{\sqrt{2}}{2}
0θ<2π0 \le \theta < 2\pi より π6θπ6<11π6-\frac{\pi}{6} \le \theta - \frac{\pi}{6} < \frac{11\pi}{6}
θπ6=π4,3π4\theta - \frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{4}, \frac{3\pi}{4}
θ=π4+π6=3π12+2π12=5π12\theta = \frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{6} = \frac{3\pi}{12} + \frac{2\pi}{12} = \frac{5\pi}{12}
θ=3π4+π6=9π12+2π12=11π12\theta = \frac{3\pi}{4} + \frac{\pi}{6} = \frac{9\pi}{12} + \frac{2\pi}{12} = \frac{11\pi}{12}

3. 最終的な答え

(1) cosα=53\cos \alpha = \frac{\sqrt{5}}{3}, cosβ=27\cos \beta = -\frac{2}{7}, sin(α+β)=1121\sin(\alpha + \beta) = \frac{11}{21}, cos2α=19\cos 2\alpha = \frac{1}{9}
(2) sinθ2=104\sin \frac{\theta}{2} = \frac{\sqrt{10}}{4}, cosθ2=64\cos \frac{\theta}{2} = \frac{\sqrt{6}}{4}, cosθ=14\cos \theta = -\frac{1}{4}
(3) 2sin(θπ6)2 \sin(\theta - \frac{\pi}{6}), θ=5π12,11π12\theta = \frac{5\pi}{12}, \frac{11\pi}{12}

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