加法定理を用いて、以下の三角関数の値を求めます。 (1) $\sin 105^\circ$ (2) $\cos 105^\circ$ (3) $\tan 165^\circ$ (4) $\sin 15^\circ$ (5) $\cos \frac{5}{12}\pi$ (6) $\tan \frac{7}{12}\pi$

解析学三角関数加法定理三角関数の値
2025/6/16

1. 問題の内容

加法定理を用いて、以下の三角関数の値を求めます。
(1) sin105\sin 105^\circ
(2) cos105\cos 105^\circ
(3) tan165\tan 165^\circ
(4) sin15\sin 15^\circ
(5) cos512π\cos \frac{5}{12}\pi
(6) tan712π\tan \frac{7}{12}\pi

2. 解き方の手順

(1) sin105\sin 105^\circ
105=60+45105^\circ = 60^\circ + 45^\circ なので、加法定理 sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB\sin(A+B) = \sin A \cos B + \cos A \sin B を用いると、
sin105=sin(60+45)=sin60cos45+cos60sin45=3222+1222=6+24\sin 105^\circ = \sin (60^\circ + 45^\circ) = \sin 60^\circ \cos 45^\circ + \cos 60^\circ \sin 45^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{1}{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}
(2) cos105\cos 105^\circ
105=60+45105^\circ = 60^\circ + 45^\circ なので、加法定理 cos(A+B)=cosAcosBsinAsinB\cos(A+B) = \cos A \cos B - \sin A \sin B を用いると、
cos105=cos(60+45)=cos60cos45sin60sin45=12223222=264\cos 105^\circ = \cos (60^\circ + 45^\circ) = \cos 60^\circ \cos 45^\circ - \sin 60^\circ \sin 45^\circ = \frac{1}{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{2} - \sqrt{6}}{4}
(3) tan165\tan 165^\circ
165=120+45165^\circ = 120^\circ + 45^\circ なので、加法定理 tan(A+B)=tanA+tanB1tanAtanB\tan(A+B) = \frac{\tan A + \tan B}{1 - \tan A \tan B} を用いると、
tan165=tan(120+45)=tan120+tan451tan120tan45=3+11(3)(1)=131+3=(13)(13)(1+3)(13)=123+313=4232=2+3\tan 165^\circ = \tan (120^\circ + 45^\circ) = \frac{\tan 120^\circ + \tan 45^\circ}{1 - \tan 120^\circ \tan 45^\circ} = \frac{-\sqrt{3} + 1}{1 - (-\sqrt{3})(1)} = \frac{1-\sqrt{3}}{1+\sqrt{3}} = \frac{(1-\sqrt{3})(1-\sqrt{3})}{(1+\sqrt{3})(1-\sqrt{3})} = \frac{1 - 2\sqrt{3} + 3}{1-3} = \frac{4 - 2\sqrt{3}}{-2} = -2 + \sqrt{3}
(4) sin15\sin 15^\circ
15=453015^\circ = 45^\circ - 30^\circ なので、加法定理 sin(AB)=sinAcosBcosAsinB\sin(A-B) = \sin A \cos B - \cos A \sin B を用いると、
sin15=sin(4530)=sin45cos30cos45sin30=22322212=624\sin 15^\circ = \sin (45^\circ - 30^\circ) = \sin 45^\circ \cos 30^\circ - \cos 45^\circ \sin 30^\circ = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}
(5) cos512π\cos \frac{5}{12}\pi
512π=212π+312π=π6+π4\frac{5}{12}\pi = \frac{2}{12}\pi + \frac{3}{12}\pi = \frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{4} なので、加法定理 cos(A+B)=cosAcosBsinAsinB\cos(A+B) = \cos A \cos B - \sin A \sin B を用いると、
cos512π=cos(π6+π4)=cosπ6cosπ4sinπ6sinπ4=32221222=624\cos \frac{5}{12}\pi = \cos (\frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{4}) = \cos \frac{\pi}{6} \cos \frac{\pi}{4} - \sin \frac{\pi}{6} \sin \frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{1}{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}
(6) tan712π\tan \frac{7}{12}\pi
712π=312π+412π=π4+π3\frac{7}{12}\pi = \frac{3}{12}\pi + \frac{4}{12}\pi = \frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{3} なので、加法定理 tan(A+B)=tanA+tanB1tanAtanB\tan(A+B) = \frac{\tan A + \tan B}{1 - \tan A \tan B} を用いると、
tan712π=tan(π4+π3)=tanπ4+tanπ31tanπ4tanπ3=1+3113=1+313=(1+3)(1+3)(13)(1+3)=1+23+313=4+232=23\tan \frac{7}{12}\pi = \tan (\frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{3}) = \frac{\tan \frac{\pi}{4} + \tan \frac{\pi}{3}}{1 - \tan \frac{\pi}{4} \tan \frac{\pi}{3}} = \frac{1 + \sqrt{3}}{1 - 1 \cdot \sqrt{3}} = \frac{1 + \sqrt{3}}{1 - \sqrt{3}} = \frac{(1+\sqrt{3})(1+\sqrt{3})}{(1-\sqrt{3})(1+\sqrt{3})} = \frac{1 + 2\sqrt{3} + 3}{1 - 3} = \frac{4 + 2\sqrt{3}}{-2} = -2 - \sqrt{3}

3. 最終的な答え

(1) 6+24\frac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4}
(2) 264\frac{\sqrt{2} - \sqrt{6}}{4}
(3) 2+3-2 + \sqrt{3}
(4) 624\frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}
(5) 624\frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}
(6) 23-2 - \sqrt{3}

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