このページのまとめ
先に押さえておくこと
2倍角の公式の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。
答えの要点
$\sin 2\theta$, $\cos 2\theta$, $\tan 2\theta$の答えと条件を先に確認できます。
- テーマ: sin2θ, cos2θ, tan2θ
- ポイント: 指数・対数・三角関数の基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
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問題
θは第2象限の角で、sinθ=53のとき、次の値を求めよ。
(1)sin2θ (2)cos2θ (3)tan2θ 解説
2倍角の公式について解説します。
加法定理でα=βとすると、sin2αやcos2αの公式が得られるんだ。
角度を2倍にしたときの三角関数の値を求める公式だよ!
まずは加法定理から2倍角の公式を導いてみましょう。
加法定理 sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ で β=α とすると、
sin2α=sin(α+α) =sinαcosα+cosαsinα =2sinαcosα 同様に、cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ で β=α とすると、
cos2α=cos(α+α) =cosαcosα−sinαsinα =cos2α−sin2α cos2αはさらに変形できます。sin2α+cos2α=1を使うと、
cos2α=cos2α−sin2α =cos2α−(1−cos2α) =2cos2α−1 あるいは、
cos2α=cos2α−sin2α =(1−sin2α)−sin2α =1−2sin2α また、tan(α+β)=1−tanαtanβtanα+tanβ で β=α とすると、
tan2α=1−tan2α2tanα cos2αに3つの形がありますが、どう使い分けるんですか?
いい質問だね!使い分けのポイントはこうだよ。
cos2α−sin2α:sinαとcosαの両方がわかっているとき
2cos2α−1:cosαだけわかっているとき
1−2sin2α:sinαだけわかっているとき
さらに、cos2αの変形は逆方向にも使えるよ。
cos2α=21+cos2α、sin2α=21−cos2α
これは「半角の公式」として知られていて、sin2やcos2を次数下げするときに使うんだ。
それでは問題を解いていきましょう!
θは第2象限の角で、sinθ=53のとき、次の値を求めよ。
(1)sin2θ (2)cos2θ (3)tan2θ
まずはcosθの値を求めておこう。θは第2象限の角だから、cosθの符号に注意してね!
sin2θ+cos2θ=1より、
cos2θ=1−sin2θ =1−(53)2 =1−259 =2516 θは第2象限の角なのでcosθ<0です。よって、
cosθ=−54 また、tanθ=cosθsinθ=−5453=−43
(1)sin2θ sin2θ=2sinθcosθ に代入すると、
sin2θ=2⋅53⋅(−54) =−2524 合っているよ!θが第2象限だと2θは第3象限または第4象限になるから、sin2θは負の値もとり得るんだ。
(2)cos2θ sinθとcosθの両方がわかっているので、どの形を使っても構いませんが、ここでは1−2sin2θを使ってみましょう。
cos2θ=1−2sin2θ =1−2⋅(53)2 =1−2⋅259 =1−2518 =257 確認としてcos2α−sin2αの形でも計算してみよう。
cos2θ=(−54)2−(53)2=2516−259=257 で一致するね!
(3)tan2θ tan2θ=1−tan2θ2tanθ に tanθ=−43 を代入すると、
tan2θ=1−(−43)22⋅(−43) =1−169−23 =167−23 =−23×716 =−724 tan2θはcos2θsin2θで求めてもいいですか?
もちろん!cos2θsin2θ=257−2524=−724 で一致するね。
検算として使える便利な方法だよ!
このページのまとめ
ここでは2倍角の公式について学習しました。
2倍角の公式は加法定理から簡単に導けるので、導出方法をしっかり理解しておきましょう。
特にcos2αの3つの形の使い分けは入試でよく問われるので、マスターしてくださいね!