三角函数及周期公式推导

△ABC

定义

以∠A为例 令α=∠A
①正弦函数:对边比斜边,即:sin α=a/c
②余弦函数:邻边比斜边,即:cos α=b/c
③正切函数:对边比邻边,即:tan α=a/b
④余割函数:斜边比对边,即:csc α=c/a
⑤正割函数:斜边比邻边,即:sec α=c/b
⑥余切函数:邻边比对边,即:cot α=b/a

由上可得以下公式:

倒数关系:

sin α * csc α = 1      证: a/c * c/a = 1
cos α * sec α = 1      证: b/c * c/b = 1
tan α * cot α = 1      证: a/b * b/a = 1

商数关系:

tan α = sin α/cos α     证: (a/c) / (b/c) = a/b

平方差关系:

sin² α + cos² α  = 1      证: (a/c)² + (b/c)² = (a²+b²)/c² = 1
1 + tan²α =  sec²α        证: b²/b² + a²/b² = (a²+b²)/b² = (c/b)² =  sec²α
1 + cot²α = csc ²α        证: a²/a² + b²/a² = (c/a)² = csc ²α

函数图像:

sin x

sin x

很显然,从图像上可以看出 sin x是一个奇函数,周期为2π,如果间隔半个周期π,则y值互为相反数。
所以我们能推导出以下公式:
sin(-α)= -sin α
sin(2kπ+α)= sin α
sin(π+α)= -sin α
sin(π-α)= sin α

cos x

cos x

很显然,从图像上可以看出 cos x是一个偶函数,周期为2π,如果间隔半个周期π,则y值互为相反数。
所以我们能推导出以下公式:
cos(-α)= cos α
cos(2kπ+α)= cos α
cos(π+α)= -cos α
cos(π-α)= -cos α

tan x

tan x

很显然,从图像上可以看出 tan x是一个奇函数,周期为π。
所以我们能推导出以下公式:
tan(-α)= -tan α
tan(kπ+α)= tan α
tan(π+α)= tan α
tan(π-α)= -tan α

公式说了这么多,其实不用都记住,你只要记住这几个函数图像怎么画,你就知道周期,你就知道谁是奇函数,谁是偶函数,那么这些公式就都能推出来了。当然,记住图像,你也就能看出增减区间,也就知道第几象限是正式负,就全都整明白了。

奇偶性:

sin 奇函数
cos 偶函数
tan 奇函数

互为倒数的函数奇偶性一样

csc 奇函数
sec 偶函数
cot 奇函数

接下来,我们把正弦余弦函数放在一起看看


sin & cos

你会发现:
①把sin x图像向左平移π/2个单位长度,就能得到cos x函数的图像。
②把cos x图像向右平移π/2个单位长度,正好与sin x关于x轴对称,也就是互为相反数。
那么你就能推导出以下公式:

sin(π/2+α)=cosα
cos(π/2+α)=-sinα
tan(π/2+α)=-cotα
cot(π/2+α)=-tanα

当然,正切和余切的也一样,不管谁移动π/2后,都会关于x轴对称,也就是互为相反数。
上面这四个公式一定要记住,我们对其扩展,给π/2乘以常数项K(k∈Z)

sin(k·π/2+α)=?
cos(k·π/2+α)=?
tan(k·π/2+α)=?
cot(k·π/2+α)=?

记住口诀:奇变偶不变,符号看象限。
什么意思呢?奇偶指的是k是奇数还是偶数,变与不变,指结果sin是否要变cos,tan是否要变cot 。。。符号就是正负号,要看这个角在第几象限,α看做锐角。

符号看象限这里也有个口诀:全正切余
什么意思呢?全正切余分别对应一二三四象限。也就是说:
第一象限:部为正
第二象限:弦为正,其余都为负
第三象限:正为正,其余都为负
第四象限:弦为正,其余都为负

我们试试:
k=2,偶数,不变。2*π/2 = π+α 为第三象限角。

sin(π+α)=-sinα
cos(π+α)=-cosα
tan(π+α)=tanα

k=4,偶数,不变。4*π/2 = 2π+α 为第一象限角。

sin(2π+α) = sinα
cos(2π+α) = cosα
tan(2π+α) = tanα

k=3,奇数,变。3*π/2 = 3π/2+α 为第四象限角。

sin(3π/2+α) = -cosα
cos(3π/2+α) = sinα
tan(3π/2+α) = -cotα

是不是有些公式就是前面提到的,所以说:一定要记好这四个关于π/2的公式,以及口诀,其它的都可以从这里推导。

其它常用公式传送门:
和角公式与倍角公式:https://www.jianshu.com/p/7bd712b0303d
积化和差与和差化积:https://www.jianshu.com/p/5cd9d20fb590

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