Справочный материал Примеры Обратите внимание! Видео Модели Пройти тесты
Основные тригонометрические тождества
К основным тригонометрическим тождествам относят формулы, устанавливающие связь между тригонометрическими функциями одного и того же аргумента: 
LaTeX formula: \sin^{2}x +\cos^{2}x =1(4.1)
LaTeX formula: \textrm{tg}x=\frac{\sin x}{\cos x}; (4.2)
LaTeX formula: \textrm{ctg}x=\frac{\cos x}{\sin x}; (4.3)
LaTeX formula: \textrm{tg}x\cdot \textrm{ctg}x=1; (4.4)
LaTeX formula: 1+\textrm{tg}^{2}x=\frac{1}{\cos^{2}x}; (4.5)
LaTeX formula: 1+\textrm{ctg}^{2}x=\frac{1}{\sin^{2}x}. (4.6)
Формула 4.1 справедлива при любых значениях х. Формулы 4.24.34.44.54.6 верны только при тех значениях аргумента, для которых функция тангенс и котангенс определены. 
Формулы сложения
Формулы 4.7 – 4.12 позволяют представить тригонометрическую функцию суммы и разности двух аргументов через функции этих аргументов или найти тригонометрическую функцию суммы и разности двух аргументов, зная значения функций каждого аргумента.
LaTeX formula: \sin(x+y)=\sin x\cos y+\cos x\sin y(4.7)
LaTeX formula: \sin(x-y)=\sin x\cos y-\cos x\sin y; (4.8)
LaTeX formula: \cos(x+y)=\cos x\cos y-\sin x\sin y(4.9)
LaTeX formula: \cos(x-y)=\cos x\cos y+\sin x\sin y(4.10)
LaTeX formula: \textrm{tg}(x+y)=\frac{\textrm{tg}x+\textrm{tg}y}{1-\textrm{tg}x\cdot \textrm{tg}y}(4.11)
LaTeX formula: \textrm{tg}(x-y)=\frac{\textrm{tg}x-\textrm{tg}y}{1+\textrm{tg}x\cdot \textrm{tg}y}(4.12)
Формулы 4.74.84.94.10 справедливы при любых значениях х и у. Формулы 4.11 и 4.12 верны только при тех значениях аргумента, для которых функция тангенс определена.
Формулы двойного аргумента
Формулы 4.13 и 4.14 позволяют уменьшить или увеличить аргумент тригонометрической функции в два раза.
LaTeX formula: \sin 2x=2\sin x\cos x(4.13)
LaTeX formula: \cos 2x=\cos^{2}x-\sin^{2}x. (4.14)
Формулы понижения степени
Формулы 4.15 и 4.16 позволяют понизить степень функций косинус и синус. Часто эти формулы называют формулами половинного аргумента.
LaTeX formula: \cos^{2}x=\frac{1}{2}(1+\cos 2x)(4.15)
LaTeX formula: \sin^{2}x=\frac{1}{2}(1-\cos 2x)(4.16)
Формулы преобразования суммы в произведение
LaTeX formula: \sin x+\sin y=2\sin\frac{x+y}{2}\cos\frac{x-y}{2}(4.17)
LaTeX formula: \sin x-\sin y=2\sin\frac{x-y}{2}\cos\frac{x+y}{2}(4.18)
LaTeX formula: \cos x+\cos y=2\cos\frac{x+y}{2}\cos\frac{x-y}{2}(4.19)
LaTeX formula: \cos x-\cos y=-2\sin\frac{x+y}{2}\sin\frac{x-y}{2}(4.20)
LaTeX formula: \textrm{tg}x+\textrm{tg}y=\frac{\sin(x+y)}{\cos x\cos y}(4.21)
LaTeX formula: \textrm{tg}x-\textrm{tg}y=\frac{\sin(x-y)}{\cos x\cos y}(4.22)
Формулы 4.21 и 4.22 верны только при тех значениях аргумента, для которых функция тангенс определена.
Формулы преобразования произведения в сумму
LaTeX formula: \sin x\sin y=\frac{1}{2}(\cos(x-y)-\cos(x+y))(4.23)
LaTeX formula: \cos x\cos y=\frac{1}{2}(\cos(x-y)+\cos(x+y))(4.24)
LaTeX formula: \sin x\cos y=\frac{1}{2}(\sin(x-y)+\sin(x+y))(4.25)
Универсальная тригонометрическая подстановка 
LaTeX formula: \sin x=\frac{2\textrm{tg}\frac{x}{2}}{1+\textrm{tg}^{2}\frac{x}{2}}(4.26)
LaTeX formula: \cos x=\frac{1-\textrm{tg}^{2}\frac{x}{2}}{1+\textrm{tg}^{2}\frac{x}{2}}; (4.27)
LaTeX formula: \textrm{tg} x=\frac{2\textrm{tg}\frac{x}{2}}{1-\textrm{tg}^{2}\frac{x}{2}}(4.28)
Формулы 4.264.274.28 позволяют выразить функции синус, косинус и тангенс некоторого аргумента через тангенс половинного аргумента. Формулы 4.264.274.28 верны только при тех значениях аргумента, для которых функция тангенс определена.
Преобразование функций отрицательных аргументов
Преобразования отрицательных аргументов тригонометрических функций основано на том, что функция косинус является четной, а функции синус, тангенс и котангенс являются нечетными.
LaTeX formula: \sin(-\alpha )=-\sin\alpha(4.29)
LaTeX formula: \cos(-\alpha )=\cos\alpha; (4.31)
LaTeX formula: \textrm{tg}(-\alpha )=-\textrm{tg}\alpha(4.30)
LaTeX formula: \textrm{ctg}(-\alpha )=-\textrm{ctg}\alpha.  (4.32)
Пример 1. Преобразуйте в произведение сумму LaTeX formula: \cos2\alpha -\cos3\alpha -\cos4\alpha +\cos5\alpha.
Решение. Запишем выражение в виде: 
LaTeX formula: A=(\cos2\alpha-\cos4\alpha )+(\cos5\alpha-\cos3\alpha) 
Применяя формулы 4.20 и 4.29, получим: 
LaTeX formula: A=-2\sin\frac{2\alpha +4\alpha }{2}\sin\frac{2\alpha -4\alpha }{2}-2\sin\frac{5\alpha -3\alpha }{2}\sin\frac{5\alpha +3\alpha }{2}
LaTeX formula: A=-2\sin3\alpha \sin(-\alpha )-2\sin\alpha \sin4\alpha,
LaTeX formula: A=2\sin3\alpha \sin\alpha -2\sin\alpha \sin4\alpha,
LaTeX formula: A=2\sin\alpha (\sin3\alpha -\sin4\alpha ).
Применяя формулы 4.18 и 4.29, получим: 
LaTeX formula: A=2\sin\alpha \cdot 2\sin\frac{3\alpha -4\alpha }{2}\cos\frac{3\alpha +4\alpha }{2}
LaTeX formula: A=4\sin\alpha \cdot \sin\left ( -\frac{\alpha }{2} \right )\cdot\cos\frac{7\alpha }{2},
LaTeX formula: A=-4\sin 0,5\alpha\cdot\sin \alpha\cdot\cos 3,5\alpha
ОтветLaTeX formula: -4\sin 0,5\alpha\cdot\sin \alpha\cdot\cos 3,5\alpha.
Пример 2. Вычислите LaTeX formula: cos\left ( 2\alpha +\frac{15\pi }{4} \right ), если LaTeX formula: \textrm{ctg}\alpha =\frac{2}{3}.
Решение. Вычтем из аргумента функции косинус ее два основных периода и применим формулу 4.10
LaTeX formula: A=\cos\left ( 2\alpha +\frac{15\pi }{4} -4\pi\right )LaTeX formula: A=\cos\left ( 2\alpha -\frac{\pi }{4} \right )
LaTeX formula: A=\cos2\alpha \cos\frac{\pi }{4}+\sin2\alpha \sin\frac{\pi }{4}LaTeX formula: A=\cos2\alpha \cdot \frac{\sqrt{2}}{2}+\sin2\alpha \cdot \frac{\sqrt{2}}{2}
LaTeX formula: A=\frac{\sqrt{2}}{2}(\cos2\alpha +\sin2\alpha )
Так как LaTeX formula: \textrm{tg}\alpha \cdot \textrm{ctg}\alpha =1, а LaTeX formula: \textrm{ctg}\alpha =\frac{2}{3}, то LaTeX formula: \textrm{tg}\alpha =\frac{3}{2}
Согласно формулам 4.27 и 4.26 найдем значения:
LaTeX formula: \cos2\alpha =\frac{1-\frac{9}{4}}{1+\frac{9}{4}}=-\frac{5}{13}  и LaTeX formula: \sin2\alpha=\frac{3}{\frac{13}{4}}=\frac{12}{13}.
Тогда, LaTeX formula: A=\frac{\sqrt{2}}{2}\left ( -\frac{5}{13}+\frac{12}{13} \right )=\frac{7\sqrt{2}}{26}
Ответ: LaTeX formula: \frac{7\sqrt{2}}{26}.
Пример 3. Вычислите LaTeX formula: 1+5\sin2\alpha -\frac{3}{\cos2\alpha }, если LaTeX formula: \textrm{ctg}\alpha =-\frac{1}{2}.
Решение. Применяя формулы 4.26 и 4.27, найдем LaTeX formula: \sin2\alpha и LaTeX formula: \cos2\alpha, зная, что LaTeX formula: \textrm{tg}\alpha=-2
Получим: LaTeX formula: \sin2\alpha=\frac{2\cdot (-2)}{1+(-2)^{2}}=-\frac{4}{5}LaTeX formula: \cos2\alpha=\frac{1- (-2)^{2}}{1+(-2)^{2}}=-\frac{3}{5}.
Подставляя значения LaTeX formula: \sin2\alpha и LaTeX formula: \cos2\alpha в выражение LaTeX formula: 1+5\sin2\alpha -\frac{3}{\cos2\alpha }, получим: 
LaTeX formula: 1+5\cdot \left ( -\frac{4}{5} \right )+3\cdot \frac{5}{3}=1-4+5=2
Ответ: LaTeX formula: 2.
Пример 4. Найдите LaTeX formula: \beta -\alpha, если LaTeX formula: \textrm{ctg}\alpha =4, LaTeX formula: \textrm{ctg} \beta =\frac{5}{3} и LaTeX formula: 0< \alpha < \frac{\pi }{2}LaTeX formula: 0< \beta < \frac{\pi }{2}.
Решение. Если LaTeX formula: \textrm{ctg}\alpha =4LaTeX formula: \textrm{ctg} \beta =\frac{5}{3}, то LaTeX formula: \textrm{tg}\alpha =\frac{1}{4}LaTeX formula: \textrm{tg} \beta =\frac{3}{5}
По формуле 4.12 получим: 
LaTeX formula: \textrm{tg}(\beta -\alpha )=\frac{\frac{3}{5}-\frac{1}{4}}{1+\frac{1}{4}\cdot \frac{3}{5}}=\frac{7}{23}, откуда LaTeX formula: \beta -\alpha=\textrm{arctg}\frac{7}{23}+\pi n, n\epsilon Z.
Так как LaTeX formula: 0< \alpha < \frac{\pi }{2} и LaTeX formula: 0< \beta < \frac{\pi }{2}, то при LaTeX formula: n=0 получим: LaTeX formula: \beta -\alpha=\textrm{arctg}\frac{7}{23}.
Ответ: LaTeX formula: \textrm{arctg}\frac{7}{23}.
Выполняя преобразования и вычисления тригонометрических выражений необходимо помнить, что целое количество основных периодов функции можно вычитать из аргумента функции или прибавлять к ее аргументу:
ФУНКЦИЯ ОСНОВНОЙ ПЕРИОД   ФОРМУЛА ( LaTeX formula: n\epsilon Z )
LaTeX formula: y=\sin x;            LaTeX formula: 2\pi или LaTeX formula: 360^{\circ};                   LaTeX formula: \sin(\alpha \pm 2\pi n)=\sin\alpha;
LaTeX formula: y=\cos x;            LaTeX formula: 2\pi или LaTeX formula: 360^{\circ};                   LaTeX formula: \cos(\alpha \pm 2\pi n)=\cos\alpha;
LaTeX formula: y=\textrm{tg}x;              LaTeX formula: \pi или LaTeX formula: 180^{\circ};                    LaTeX formula: \textrm{tg}(\alpha \pm \pi n)=\textrm{tg}\alpha;
LaTeX formula: y=\textrm{ctg}x.            LaTeX formula: \pi или LaTeX formula: 180^{\circ}.                     LaTeX formula: \textrm{ctg}(\alpha \pm \pi n)=\textrm{ctg}\alpha.