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tan(x/2)=t のとき sinx, cosx, tanxをtを使って表す

三角関数


tanx2=t のとき、以下が成り立つ。

sinx=2t1+t2

cosx=1t21+t2

tanx=2t1t2

この公式は色々な方法で導出できます。
【方法1】
・tan は加法定理から導出
・cos は2倍角の公式を適用後、tanとcosの関係を利用して導出
・sin は sinx=tanxcosxから導出
【方法2】
・分母を sin2x2+cos2x2=1 とおく
・その後、分母子をcos2x2 で割る


【方法1による導出】

tanx=tan(x2+x2)=tanx2+tanx21tanx2tanx2=2t1t2


cosx=cos(2x2)=2cos2x21

cos2x2=11+tan2x2=11+t2
だから
cosx=21+t21=1t21+t2


sinx
=tanxcosx
=2t1t21t21+t2
=2t1+t2


【方法2による導出】

sinx
=2sinx2cosx2sin2x2+cos2x2
=2tanx2tan2x2+1
=2t1+t2


cosx
=cos2x2sin2x2cos2x2+sin2x2
=1tan2x21+tan2x2
=1t21+t2


tanx
=sinxcosx

=2t1t2

三角関数を含む積分でこの公式を利用することがあります。
積分計算の例は下記の記事で紹介しています。
tan(x/2)=tを用いる三角関数の積分