以下の2つの式の値を求める問題です。 (1) $\sqrt{3} \sin{\frac{\pi}{12}} + \cos{\frac{\pi}{12}}$ (2) $\sin{\frac{5\pi}{12}} - \cos{\frac{5\pi}{12}}$

解析学三角関数三角関数の合成加法定理
2025/6/19

1. 問題の内容

以下の2つの式の値を求める問題です。
(1) 3sinπ12+cosπ12\sqrt{3} \sin{\frac{\pi}{12}} + \cos{\frac{\pi}{12}}
(2) sin5π12cos5π12\sin{\frac{5\pi}{12}} - \cos{\frac{5\pi}{12}}

2. 解き方の手順

(1) sin\sincos\cos の合成公式を利用します。
asinθ+bcosθ=a2+b2sin(θ+α)a \sin{\theta} + b \cos{\theta} = \sqrt{a^2 + b^2} \sin{(\theta + \alpha)}
ただし、cosα=aa2+b2\cos{\alpha} = \frac{a}{\sqrt{a^2 + b^2}}, sinα=ba2+b2\sin{\alpha} = \frac{b}{\sqrt{a^2 + b^2}}
今回は、a=3a = \sqrt{3}, b=1b = 1, θ=π12\theta = \frac{\pi}{12} です。
a2+b2=(3)2+12=3+1=4=2\sqrt{a^2 + b^2} = \sqrt{(\sqrt{3})^2 + 1^2} = \sqrt{3 + 1} = \sqrt{4} = 2
cosα=32\cos{\alpha} = \frac{\sqrt{3}}{2}, sinα=12\sin{\alpha} = \frac{1}{2}
よって、α=π6\alpha = \frac{\pi}{6} です。
3sinπ12+cosπ12=2sin(π12+π6)=2sin(π12+2π12)=2sin3π12=2sinπ4=222=2\sqrt{3} \sin{\frac{\pi}{12}} + \cos{\frac{\pi}{12}} = 2 \sin{(\frac{\pi}{12} + \frac{\pi}{6})} = 2 \sin{(\frac{\pi}{12} + \frac{2\pi}{12})} = 2 \sin{\frac{3\pi}{12}} = 2 \sin{\frac{\pi}{4}} = 2 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = \sqrt{2}
(2) sin5π12cos5π12\sin{\frac{5\pi}{12}} - \cos{\frac{5\pi}{12}} を変形します。
sin5π12cos5π12=2(12sin5π1212cos5π12)=2(cosπ4sin5π12sinπ4cos5π12)\sin{\frac{5\pi}{12}} - \cos{\frac{5\pi}{12}} = \sqrt{2} (\frac{1}{\sqrt{2}} \sin{\frac{5\pi}{12}} - \frac{1}{\sqrt{2}} \cos{\frac{5\pi}{12}}) = \sqrt{2} (\cos{\frac{\pi}{4}} \sin{\frac{5\pi}{12}} - \sin{\frac{\pi}{4}} \cos{\frac{5\pi}{12}})
sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ\sin{(\alpha - \beta)} = \sin{\alpha} \cos{\beta} - \cos{\alpha} \sin{\beta} の公式を用いると、
sin5π12cos5π12=2(sinπ4cos5π12cosπ4sin5π12)=2sin(π45π12)=2sin(3π125π12)=2sin(2π12)=2sin(π6)\sin{\frac{5\pi}{12}} - \cos{\frac{5\pi}{12}} = - \sqrt{2} (\sin{\frac{\pi}{4}} \cos{\frac{5\pi}{12}} - \cos{\frac{\pi}{4}} \sin{\frac{5\pi}{12}}) = -\sqrt{2} \sin{(\frac{\pi}{4} - \frac{5\pi}{12})} = -\sqrt{2} \sin{(\frac{3\pi}{12} - \frac{5\pi}{12})} = -\sqrt{2} \sin{(-\frac{2\pi}{12})} = -\sqrt{2} \sin{(-\frac{\pi}{6})}
sin(x)=sinx\sin{(-x)} = - \sin{x} であるので、
2sin(π6)=2sinπ6=212=22-\sqrt{2} \sin{(-\frac{\pi}{6})} = \sqrt{2} \sin{\frac{\pi}{6}} = \sqrt{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{\sqrt{2}}{2}

3. 最終的な答え

(1) 2\sqrt{2}
(2) 22\frac{\sqrt{2}}{2}

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