,i2=−1,i3=−−1,i4=1 因此系数才能变换为(−1)n。复数与和角公式
由于数学定理都是自闭合的,不会出现证出一团东西的情况,可以用正余弦函数倍角公式来推导和差化积,积化和差,也一定可以用欧拉公式来推导。
eix=cos(x)+isin(x)
假定现在有两个角α 和β 于是就能有:
eiαeiβ=cos(α)+isin(α)=cos(β)+isin(β)
于是就有:
eiα⋅eiβei(α+β)cos(α+β)+isin(α+β)=[cos(α)+isin(α)]⋅[cos(β)+isin(β)]==[cos(α)cos(β)−sin(α)sin(β)]+i[cos(α)sin(β)+sin(α)cos(β)]
根据复数性质,实部对实部,虚部对虚部,就必然有:
cos(α+β)sin(α+β)=cos(α)cos(β)−sin(α)sin(β)=cos(α)sin(β)+sin(α)cos(β)
得到了和差角公式。
容易理解的积化和差
稍微变形一下就能有:
cos(α+β)cos(α−β)=cos(α)cos(β)−sin(α)sin(β)=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)
两式求和有:
cos(α+β)+cos(α−β)cos(α)cos(β)=2cos(α)cos(β)=2cos(α+β)+cos(α−β)
两式做差有:
cos(α−β)−cos(α+β)sin(α)sin(β)=2sin(α)sin(β)=2cos(α−β)−cos(α+β)
根据对称性,sin 的形式也就有:
sin(α+β)sin(α−β)=cos(α)sin(β)+sin(α)cos(β)=−cos(α)sin(β)+sin(α)cos(β)
两式求和有:
sin(α+β)+sin(α−β)sin(α)cos(β)=2sin(α)cos(β)=2sin(α+β)+sin(α−β)
两式做差有:
sin(α+β)−sin(α−β)cos(α)sin(β)=2cos(α)sin(β)=2sin(α+β)−sin(α−β)
也就是有了:
cos(α)cos(β)sin(α)sin(β)sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)=2cos(α+β)+cos(α−β)=2cos(α−β)−cos(α+β)=2sin(α+β)+sin(α−β)=−2sin(α−β)−sin(α+β)
积化和差
和角公式有更快的求法。现假设x 和y 有:
{a=x+yb=x−y⇒{x=2a+by=2a−b
也就是对于:
acos(α+β)bcos(α−β)asin(α+β)bsin(α−β)=xcos(α)cos(β)−ysin(α)sin(β)=xcos(α)cos(β)+ysin(α)sin(β)=ycos(α)sin(β)+xsin(α)cos(β)=−ycos(α)sin(β)+xsin(α)cos(β)
可以直接得到:
cos(α)cos(β)sin(α)sin(β)sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)=2cos(α+β)+cos(α−β)=2cos(α−β)−cos(α+β)=2sin(α−β)+sin(α+β)=2sin(α+β)−sin(α−β)
和差化积
同样对于积化和差,还是一样的变形式,不过为了直观,换了下符号:
{α=a+bβ=a−b⇒{α=2a+bβ=2a−b
直接变形就能有:
cos(2a+b)cos(2a−b)sin(2a+b)sin(2a−b)sin(2a+b)cos(2a−b)cos(2a+b)sin(2a−b)=2cos(a)+cos(b)=2cos(b)−cos(a)=2sin(b)+sin(a)=2sin(a)−sin(b)
稍微挪一下,换个符号,就有了和差化积的公式:
cos(α)+cos(β)cos(β)−cos(α)sin(β)+sin(α)sin(α)−sin(β)=2cos(2α+β)cos(2α−β)=2sin(2α+β)sin(2α−β)=2sin(2α+β)cos(2α−β)=2cos(2α+β)sin(2α−β)
参考文献
[1] Г.М.菲赫金哥尔茨.数学分析原理.北京:高等教育出版社,2013
[2] 吉米多维奇.吉米多维奇数学分析习题集.北京:高等教育出版社,2010
[3] 沐定夷,谢惠民.吉米多维奇数学分析习题集学习指引.北京:高等教育出版社,2010
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