{{ 'ml-label-choose-chapter' | message }} {{ courseTrack.signature }} {{ 'ml-label-choose-course' | message }}

Trigonometriska samband och ekvationer

Välj kurs
Matte 4
Trigonometriska samband och ekvationer
Formler för dubbla vinkeln

Formler för dubbla vinkeln

{{ 'ml-heading-theory' | message }}
Vad händer med sinus- och cosinusvärdena när en vinkel dubbleras? Kommer värdena också dubbleras? En titt bland standardvinklarna visar att det inte är riktigt så enkelt, men det går ändå att hitta den dubblerade vinkelns sinus- och cosinusvärden med hjälp av sin⁡(v)\sin(v) och cos⁡(v).\cos(v).
Bevis

Sinus för dubbla vinkeln

Sinusvärdet av dubbla vinkeln 2v2v kan delas upp som dubbla produkten av vinkelns sinus- och cosinusvärden.

Bevis
sin⁡(2v)=2sin⁡(v)cos⁡(v)\sin(2v)=2\sin(v)\cos(v)
Beviset för detta utgår från additionsformeln för sinus. Den kan användas om man först skriver om produkten 2v2v som additionen v+v.v+v.
sin⁡(2v)\sin(2v)
2a=a+a2a=a+a
sin⁡(v+v)\sin(v+v)
sin⁡(u+v)=sin⁡(u)cos⁡(v)+cos⁡(u)sin⁡(v)\sin(u+v)=\sin(u)\cos(v)+\cos(u)\sin(v)
sin⁡(v)cos⁡(v)+cos⁡(v)sin⁡(v)\sin(v)\cos(v) + \cos(v)\sin(v)
Ordningen spelar ingen roll när man multiplicerar tal, så cos⁡(v)sin⁡(v) r samma sak som a¨sin⁡(v)cos⁡(v). \cos(v)\sin(v)\quad \text{ är samma sak som } \quad \sin(v)\cos(v). De två termerna är därför samma och kan läggas ihop, på samma sätt som x+xx+x förenklas till 2x.2x.
sin⁡(v)cos⁡(v)+cos⁡(v)sin⁡(v)\sin(v)\cos(v) + \cos(v)\sin(v)
Omarrangera faktorer
sin⁡(v)cos⁡(v)+sin⁡(v)cos⁡(v)\sin(v)\cos(v) + \sin(v)\cos(v)
a+a=2aa+a=2a
2sin⁡(v)cos⁡(v)2\sin(v)\cos(v)
Sinusvärdet av dubbla vinkeln kan alltså skrivas som sin⁡(2v)=2sin⁡(v)cos⁡(v). \sin(2v)=2\sin(v)\cos(v).
Q.E.D.
Uppgift


En vinkel vv har sinusvärdet 0.80.8 och cosinusvärdet 0.6.0.6. Utan att räkna ut vinkeln, bestäm sinusvärdet av 2v.2v.

Lösning
Sinus för dubbla vinkeln kan beräknas med formeln sin⁡(2v)=2sin⁡(v)cos⁡(v).\sin(2v) = 2\sin(v)\cos(v). Man använder alltså sin⁡(v)\sin(v) och cos⁡(v).\cos(v). Dessa är givna i uppgiften: sin⁡(v)=0.8cos⁡(v)=0.6.\begin{aligned} \sin(v) &= 0.8 \\ \cos(v) &= 0.6. \end{aligned} Vi sätter in dessa värden i formeln för att beräkna sin⁡(2v).\sin(2v).
sin⁡(2v)=2sin⁡(v)cos⁡(v)\sin(2v) = 2\sin(v)\cos(v)
sin⁡(v)=0.8\sin(v)={\color{#0000FF}{0.8}}, cos⁡(v)=0.6\cos(v)={\color{#009600}{0.6}}
sin⁡(2v)=2⋅0.8⋅0.6\sin(2v) = 2\cdot{\color{#0000FF}{0.8}}\cdot{\color{#009600}{0.6}}
Multiplicera faktorer
sin⁡(2v)=0.96\sin(2v) = 0.96
Dubbla vinkelns sinusvärde är i det här fallet 0.96.0.96.
Visa lösning Visa lösning
Bevis

Cosinus för dubbla vinkeln

Cosinusvärdet av dubbla vinkeln 2v2v kan delas upp som differensen mellan cos⁡2(v)\cos^2(v) och sin⁡2(v).\sin^2(v).

Bevis
cos⁡(2v)=cos⁡2(v)−sin⁡2(v)\cos(2v)=\cos^2(v)-\sin^2(v)
Beviset för detta utgår från additionsformeln för cosinus. Den kan användas om man först skriver om produkten 2v2v som additionen v+v.v+v.
cos⁡(2v)\cos(2v)
2a=a+a2a=a+a
cos⁡(v+v)\cos(v+v)
cos⁡(u+v)=cos⁡(u)cos⁡(v)−sin⁡(u)sin⁡(v)\cos(u+v)=\cos(u)\cos(v)-\sin(u)\sin(v)
cos⁡(v)cos⁡(v)−sin⁡(v)sin⁡(v)\cos(v)\cos(v) - \sin(v)\sin(v)
a⋅a=a2a\cdot a=a^2
cos⁡2(v)−sin⁡2(v)\cos^2(v) - \sin^2(v)
Cosinusvärdet av dubbla vinkeln kan alltså skrivas om som cos⁡(2v)=cos⁡2(v)−sin⁡2(v). \text{$\cos(2v)=\cos^2(v)-\sin^2(v)$}.
Q.E.D.
Genom att byta ut antingen cos⁡2(v)\cos^2(v) eller sin⁡2(v)\sin^2(v) via trigonometriska ettan kan man hitta ytterligare två varianter av formeln.

cos⁡(2v)=1−2sin⁡2(v)\cos(2v)=1- 2\sin^2(v)
cos⁡(2v)=2cos⁡2(v)−1\cos(2v)=2\cos^2(v)-1

Uppgift


Visa att sin⁡(v)cos⁡(v)cos⁡2(v)−sin⁡2(v)=tan⁡(2v)2 \dfrac{\sin(v)\cos(v)}{\cos^2(v)-\sin^2(v)} = \dfrac{\tan(2v)}{2} genom att förenkla vänsterledet.

Lösning
Nämnaren i vänsterledet matchar precis uttrycket i formeln för cosinus av dubbla vinkeln: cos⁡(2v)=cos⁡2(v)−sin⁡2(v). \text{$\cos(2v)=\cos^2(v)-\sin^2(v)$}. Regeln kan därför användas "baklänges" för att byta ut nämnaren mot det mer kompakta uttrycket cos⁡(2v).\cos(2v).
sin⁡(v)cos⁡(v)cos⁡2(v)−sin⁡2(v)\dfrac{\sin(v)\cos(v)}{\cos^2(v)-\sin^2(v)}
cos⁡2(v)−sin⁡2(v)=cos⁡(2v)\cos^2(v)-\sin^2(v)=\cos(2v)
sin⁡(v)cos⁡(v)cos⁡(2v)\dfrac{\sin(v)\cos(v)}{\cos(2v)}
Täljaren kan också skrivas om. Notera att den nästan matchar uttrycket som används i formeln för sinus av dubbla vinkeln: sin⁡(2v)=2sin⁡(v)cos⁡(v). \text{$\sin(2v)=2\sin(v)\cos(v)$}. För att matchningen ska stämma helt överens förlänger vi bråket med 2.2.
sin⁡(v)cos⁡(v)cos⁡(2v)\dfrac{\sin(v)\cos(v)}{\cos(2v)}
Förläng med 22
2sin⁡(v)cos⁡(v)2cos⁡(2v)\dfrac{2\sin(v)\cos(v)}{2\cos(2v)}
2sin⁡(v)cos⁡(v)=sin⁡(2v)2\sin(v)\cos(v)=\sin(2v)
sin⁡(2v)2cos⁡(2v)\dfrac{\sin(2v)}{2\cos(2v)}
Nu innehåller uttrycket sinus delat på cosinus. Kom ihåg definitionen av tangens: tan⁡(v)=sin⁡(v)cos⁡(v). \text{$\tan(v)=\dfrac{\sin(v)}{\cos(v)}$}. I det här fallet är det 2v2v istället för v,v, men så länge sinus och cosinus använder samma vinkel fungerar omvandlingen. Vinkeln kommer då vara 2v2v även för tangens.
sin⁡(2v)2cos⁡(2v)\dfrac{\sin(2v)}{2\cos(2v)}
\PutDenomIIRev
sin⁡(2v)/cos⁡(2v)2\dfrac{\sin(2v)/\cos(2v)}{2}
sin⁡(v)cos⁡(v)=tan⁡(v)\dfrac{\sin(v)}{\cos(v)}=\tan(v)
tan⁡(2v)2\dfrac{\tan(2v)}{2}
Alltså är sin⁡(v)cos⁡(v)cos⁡2(v)−sin⁡2(v)=tan⁡(2v)2.\dfrac{\sin(v)\cos(v)}{\cos^2(v)-\sin^2(v)} = \dfrac{\tan(2v)}{2}.
Q.E.D.
Visa lösning Visa lösning

Uppgifter

Nivå 1
1.1
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Visa att cos⁡(2v)+sin⁡2(v)=cos⁡2(v).\cos(2v) + \sin^2(v) = \cos^2(v).

1.2
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Visa att 2sin⁡(x)=sin⁡(2x)cos⁡(x).2\sin(x)=\dfrac{\sin(2x)}{\cos(x)}.

1.3
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Man vet att sin⁡(v)=0.4\sin(v) = 0.4 och vinkeln vv ligger i första kvadranten.

a

Bestäm cos⁡(v),\cos(v), svara exakt.

b

Bestäm sin⁡(2v),\sin(2v), svara exakt.

1.4
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Lös ekvationerna och svara i radianer.

a

sin⁡(v)=sin⁡2(v)+cos⁡2(v)\sin(v) = \sin^2(v) + \cos^2(v)

b

14=sin⁡(v)cos⁡(v)\dfrac{1}{4} = \sin(v)\cos(v)

1.5
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Visa att cos⁡(v)sin⁡(v)+sin⁡(v)cos⁡(v)=2sin⁡(2v).\dfrac{\cos(v)}{\sin(v)} + \dfrac{\sin(v)}{\cos(v)} = \dfrac{2}{\sin(2v)}.

Nivå 2
2.1
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Förenkla uttrycket (sin⁡(x)+cos⁡(x))2−sin⁡(2x)(\sin(x) + \cos(x))^2 - \sin(2x) så långt som möjligt.

2.2
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Bestäm cos⁡(2v)\cos(2v) utan att bestämma v,v, om sin⁡(v)=0.75.\sin(v) = 0.75.

2.3
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan
a

Visa att ekvationen sin⁡(2v)cos⁡(2v)+sin⁡2(v)=1\dfrac{\sin(2v)}{\cos(2v) + \sin^2(v)}=1 kan skrivas som tan⁡(v)=12.\tan(v)=\dfrac{1}{2}.

b

Lös ekvationen tan⁡(v)=12\tan(v) = \dfrac{1}{2} fullständigt. Svara med en decimal.

2.4
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

I en triangel är två sidor 66 mm och 88 mm. Den motstående vinkeln till sidan 88 mm är dubbelt så stor som den till sidan 66 mm. Bestäm vinklarna med sinussatsen.

Nivå 3
3.1
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Skriv om sin⁡(3x)\sin(3x) så att det är helt uttryckt i sin⁡(x).\sin(x).

3.2
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Visa att sin⁡(A)+sin⁡(B)=2sin⁡(A+B2)cos⁡(A−B2).\sin(A)+\sin(B)=2\sin\left(\frac{A+B}{2}\right)\cos\left(\frac{A-B}{2}\right).

Nivå 4
4.1
{{ 'ml-btn-focusmode-tooltip' | message }} settings_overscan

Visa att cos⁡(A)+cos⁡(B)=2cos⁡(A+B2)cos⁡(A−B2).\begin{aligned} \cos(A) + \cos(B) = 2\cos\left(\dfrac{A+B}{2}\right)\cos\left(\dfrac{A-B}{2}\right). \end{aligned}

Test
{{ 'mldesktop-selftest-notests' | message }} {{ article.displayTitle }}!
{{ tests.error }}

{{ 'ml-heading-exercise' | message }} {{ focusmode.exercise.exerciseName }}

keyboard_backspace {{ section.title }} keyboard_backspace {{ 'ml-btn-previous' | message }} {{ 'ml-btn-previous-exercise' | message }} {{ 'ml-btn-next-exercise' | message }} keyboard_backspace {{ 'ml-btn-next-exercise' | message }}