Cao Yi

三角公式 Trigonometric Formulas

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1. 图像

基本三角函数在直角坐标和极坐标下的图像。

  1. 正弦 sine

sine

  1. 余弦 cosine

cosine

  1. 正切 tangent

tangent

  1. 余切 cotangent

cotangent

  1. 正割 sec

正割 sec

  1. 余割 csc

余割 csc

2. 常见的特殊角的三角函数值

  $0$ $\frac{1}{6}\pi$ $\frac{1}{4}\pi$ $\frac{1}{3}\pi$ $\frac{1}{2}\pi$ $1\pi$ $\frac{3}{2}\pi$
$\sin$ $0$ $\frac{1}{2}$ $\frac{\sqrt{2}}{2}$ $\frac{\sqrt{3}}{2}$ $1$ $0$ $-1$
$\cos$ $1$ $\frac{\sqrt{3}}{2}$ $\frac{\sqrt{2}}{2}$ $\frac{1}{2}$ $0$ $-1$ $0$
$\tan$ $0$ $\frac{\sqrt{3}}{3}$ $1$ $\sqrt{3}$ undefined $0$ undefined
$\cot$ undefined $\sqrt{3}$ $1$ $\frac{\sqrt{3}}{3}$ $0$ undefined $0$
$\sec$ $1$ $\frac{2\sqrt{3}}{3}$ $\sqrt{2}$ $2$ undefined $-1$ undefined
$\csc$ undefined $2$ $\sqrt{2}$ $\frac{2\sqrt{3}}{3}$ $1$ undefined $-1$

3. 诱导公式 Induction Formula

3.1 对称

反射于$\theta=0$(负角) 反射于$\theta=\dfrac{\pi}{4}$(余角) 反射于$\theta=\dfrac{\pi}{2}$(补角) 反射于$\theta=\dfrac{3\pi}{4}$
$\sin(0-\theta) = -\sin\theta$ $\sin(\dfrac{\pi}{2}-\theta) = \cos\theta$ $\sin(\pi-\theta) = \sin\theta$ $\sin(\dfrac{3\pi}{2}-\theta) = -\cos\theta$
$\cos(0-\theta) = \cos\theta$ $\cos(\dfrac{\pi}{2}-\theta) = \sin\theta$ $\cos(\pi-\theta) = -\cos\theta$ $\cos(\dfrac{3\pi}{2}-\theta) = -\sin\theta$
$\tan(0-\theta) = -\tan\theta$ $\tan(\dfrac{\pi}{2}-\theta) = \cot\theta$ $\tan(\pi-\theta) = -\tan\theta$ $\tan(\dfrac{3\pi}{2}-\theta) = \cot\theta$
$\cot(0-\theta) = -\cot\theta$ $\cot(\dfrac{\pi}{2}-\theta) = \tan\theta$ $\cot(\pi-\theta) = -\cot\theta$ $\cot(\dfrac{3\pi}{2}-\theta) = \tan\theta$
$\sec(0-\theta) = \sec\theta$ $\sec(\dfrac{\pi}{2}-\theta) = \csc\theta$ $\sec(\pi-\theta) = -\sec\theta$ $\sec(\dfrac{3\pi}{2}-\theta) = -\csc\theta$
$\csc(0-\theta) = -\csc\theta$ $\csc(\dfrac{\pi}{2}-\theta) = \sec\theta$ $\csc(\pi-\theta) = \csc\theta$ $\csc(\dfrac{3\pi}{2}-\theta) = -\sec\theta$

3.2 位移和周期

位移$\dfrac{\pi}{2}$(增加π/2相位) 位移$\pi$(对角) 位移$\dfrac{3\pi}{2}$ 位移$2\pi$ (终边相同的角)
$\sin(\theta+\dfrac{\pi}{2}) = \cos\theta$ $\sin(\theta+\pi) = -\sin\theta$ $\sin(\theta + \dfrac{3\pi}{2}) = -\cos\theta$ $\sin(\theta + 2\pi) = \sin\theta$
$\cos(\theta+\dfrac{\pi}{2}) = -\sin\theta$ $\cos(\theta+\pi) = -\cos\theta$ $\cos(\theta + \dfrac{3\pi}{2}) = \sin\theta$ $\cos(\theta + 2\pi) = \cos\theta$
$\tan(\theta+\dfrac{\pi}{2}) = -\cot\theta$ $\tan(\theta+\pi) = \tan\theta$ $\tan(\theta + \dfrac{3\pi}{2}) = -\cot\theta$ $\tan(\theta + 2\pi) = \tan\theta$
$\cot(\theta+\dfrac{\pi}{2}) = -\tan\theta$ $\cot(\theta+\pi) = \cot\theta$ $\cot(\theta + \dfrac{3\pi}{2}) = -\tan\theta$ $\cot(\theta + 2\pi) = \cot\theta$
$\sec(\theta+\dfrac{\pi}{2}) = -\csc\theta$ $\sec(\theta+\pi) = \sec\theta$ $\sec(\theta + \dfrac{3\pi}{2}) = \csc\theta$ $\sec(\theta + 2\pi) = \sec\theta$
$\csc(\theta+\dfrac{\pi}{2}) = \sec\theta$ $\csc(\theta+\pi) = \csc\theta$ $\csc(\theta + \dfrac{3\pi}{2}) = -\set\theta$ $\csc(\theta + 2\pi) = \csc\theta$

这些公式有一句著名的口诀:奇变偶不变,符号看象限。“奇变偶不变”指的是,如果括号内增加π/2的奇数倍,改变函数名(如$\sin$变成$\cos$),偶数倍则不变;而“符号看象限”指的是,只需要假设$\theta$是第一象限的角(这样θ的三角函数必定为正),而观察公式变换后$\theta + \dfrac{n\pi}{2}$在对应象限的三角函数的符号,例如$\sin(\theta + \pi)$,θ转动π rad后到达第三象限,而第三象限的正弦是负数,所以$\sin$前加负号,$sin(θ+π)=−sinθ$。Ref

4. 六边形

三角函数的关系

倒数关系

平方和关系

相邻三个值的关系(当前值等于往右第一个值除以往右第二个值,当前值等于相邻两个值的积)

5. 和差恒等式

正弦和余弦函数的和差

正切函数的和差

这里的两个图形证明非常不错,想当年我的老师可能也是不晓得的。时间飞快,这一晚,就是二十多年。

二倍角公式

三倍角公式

半角公式(降幂公式)

6. 积化和差 product-to-sum

通常,我们提到的积化和差公式只涉及$\sin$和$\cos$相关的四个公式,它们都是从前面提到的和差恒等式推出的。

7. 和差化积 sum-to-product

通常,这里也只是记录4个涉及$\sin$和$\cos$的公式,它们都可以通过上面积化和差的几个公式直接加减推出。

这几个公式,也可以通过把$\alpha$看成$\dfrac{\alpha + \beta}{2} + \dfrac{\alpha - \beta}{2}$,把$\beta$看成$\dfrac{\alpha + \beta}{2} - \dfrac{\alpha - \beta}{2}$,然后通过前面提到的和差恒等式直接相加得出。

8. 万能公式

用 $\tan{\dfrac{\alpha}{2}}$ 表示 $\sin \alpha$, $\cos \alpha$, $\tan \alpha$

Ref: