さあ今回は、図で見てわかる「加法定理の証明」です。
以前、東京大学の過去問を通じで、「加法定理の証明」を紹介しました。
今回は、直角三角形を利用して証明するため、一般角での証明ではありませんが、図で理解することができる面白い証明方法です。
それでは、見ていきましょう。
加法定理(公式)
まず、公式を確認しましょう。
公式
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ
今回は、この2つの公式の証明方法を紹介します。
加法定理の証明(直角三角形を利用)
証明
図の直角三角形を考えます。

まず図の直角三角形に注目して

縦がsin(α+β)
横がcos(α+β)となる
次に、図の直角三角形に注目して

ななめが、sinβとcosβになる。

右上の小さい直角三角形に注目して、
横が、sinαsinβ
縦が、cosαsinβ
となる。
次に、右下の直角三角形に注目して

縦が、sinαcosβ
横が、cosαcosβ
となる。
以上をまとめて、縦に注目すると、

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
横に注目すると、

cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ
直角三角形を重ね合わせることで、証明することができました。
まとめ
- 三角関数の大切な定理である「加法定理」を直角三角形を使って証明
- 三角関数の基本が分かっていれば、視覚的に理解できる
厳密な証明は置いといて、とりあえず納得感を得るためには、とてもわかりやすい証明ではないでしょうか。
少しでも参考になればと思います。以上です!
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