Это не официальный сайт wikipedia.org 01.01.2023

Тригонометрические константы — Википедия

Тригонометрические константы

В данной статье приведены точные алгебраические выражения для некоторых тригонометрических чисел. Такие выражения могут потребоваться, например, для приведения результатов выражений с тригонометрическими функциями в радикальную форму, что даёт возможность для дальнейшего упрощения.

Любое тригонометрическое число алгебраично. Некоторые тригонометрические числа могут быть выражены в комплексных радикалах, однако не всегда в действительных: в частности, среди значений тригонометрических функций в углах, выражающихся целым числом градусов, в действительных радикалах могут быть выражены только значения в тех из них, количество градусов в которых кратно трём. Но по теореме Абеля бывают и те, которые неразрешимы в радикалах.

По теореме Нивена[en] у синуса с рациональным в градусах аргументом значение либо иррационально, либо равно одному из чисел среди  0 1 2 , 1 1 2 , 1 .

По теореме Бейкера[en] если синус, косинус или тангенс в данной точке дают алгебраическое число, то их аргумент в градусах либо рационален, либо трансцендентен. Иначе говоря, если аргумент в градусах алгебраичен и иррационален, то значения всех тригонометрических функций от этого аргумента будут трансцендентны.

Критерии включенияПравить

Значения для тригонометрических функций от аргумента, соизмеримого с π  , выразимы в действительных радикалах, только если знаменатель сокращённой рациональной дроби, полученной делением его на π  , является степенью двойки, умноженной на произведение нескольких простых чисел Ферма (см. теорема Гаусса — Ванцеля). Данная страница посвящена преимущественно углам, выражающимся в действительных радикалах.

При помощи формулы половинного угла можно получать алгебраические выражения для значений тригонометрических функций в любом угле, для которого они уже найдены, делённом пополам. В частности, для углов, лежащих на промежутке от 0   до π 2  , верны формулы

sin α 2 = 1 cos α 2  , cos α 2 = 1 + cos α 2   и tg α 2 = 1 cos α 1 + cos α  .

Выражения ниже позволяют также получать выражения в комплексных радикалах значений тригонометрических функций в тех углах, в которых они не выражаются в действительных. К примеру, при наличии формулы для угла θ   формула для θ  3 может быть получена путём решения следующего уравнения третьей степени:

4 cos 3 θ 3 3 cos θ 3 = cos θ ,  

Однако в его решении в общем виде могут возникнуть комплексные невещественные числа (этот случай называется casus irreducibilis).

Таблица некоторых часто встречающихся угловПравить

Встречаются различные единицы измерения углов, например, градусы, радианы, обороты, грады (гоны).

1 полный оборот = 360 = 2 π ( r a d ) = 400 ( g o n ) .  

Эта таблица показывает переводы из одних мер в другие и значения тригонометрических функций от наиболее часто встречающихся углов:

Обороты Градусы Радианы Грады (гоны) Синус Косинус Тангенс
0 0 0 0 1 0
112 30° π  6 331 12 32 33
18 45° π  4 50 22 22 1
16 60° π  3 662 32 12 3
14 90° π  2 100 1 0
13 120° 2 π  3 1331 32 12 3
38 135° 3 π  4 150 22 22 −1
512 150° 5 π  6 1662 12 32 33
12 180° π   200 0 −1 0
712 210° 7 π  6 2331 12 32 33
58 225° 5 π  4 250 22 22 1
23 240° 4 π  3 2662 32 12 3
34 270° 3 π  2 300 −1 0
56 300° 5 π  3 3331 32 12 3
78 315° 7 π  4 350 22 22 −1
1112 330° 11 π  6 3662 12 32 33
1 360° 2 π   400 0 1 0

Дальнейшие углыПравить

 
Exact trigonometric table for multiples of 3 degrees.

Значения тригонометрических функций в углах, не находящихся в промежутке от 0   до 45  , элементарно выводятся из значений в углах этого промежутка при помощи формул приведения. Все углы записаны в градусах и радианах, при этом число, обратное множителю, стоящему перед π   в выражении для данного угла, является единственным числом символа Шлефли правильного (возможно, звёздчатого) многоугольника с внешним углом, равным данному.

0° = 0 (rad)Править

sin 0 = 0  
cos 0 = 1  
tg 0 = 0  
ctg 0 =  

1,5°=(1/120)π (rad)Править

sin ( π 120 ) = sin ( 1.5 ) = ( 2 + 2 ) ( 15 + 3 10 2 5 ) ( 2 2 ) ( 30 6 5 + 5 + 1 ) 16  
cos ( π 120 ) = cos ( 1.5 ) = ( 2 + 2 ) ( 30 6 5 + 5 + 1 ) + ( 2 2 ) ( 15 + 3 10 2 5 ) 16  

1,875°=(1/96)π (rad)Править

sin ( π 96 ) = sin ( 1.875 ) = 1 2 2 2 + 2 + 2 + 3  
cos ( π 96 ) = cos ( 1.875 ) = 1 2 2 + 2 + 2 + 2 + 3  

2,25°=(1/80)π (rad)Править

sin ( π 80 ) = sin ( 2.25 ) = 1 2 2 2 + 2 + 5 + 5 2  
cos ( π 80 ) = cos ( 2.25 ) = 1 2 2 + 2 + 2 + 5 + 5 2  

2,8125°=(1/64)π (rad)Править

sin ( π 64 ) = sin ( 2.8125 ) = 1 2 2 2 + 2 + 2 + 2  
cos ( π 64 ) = cos ( 2.8125 ) = 1 2 2 + 2 + 2 + 2 + 2  

3°=(1/60)π (rad)Править

sin ( π 60 ) = sin ( 3 ) = 2 ( 1 3 ) 5 + 5 + ( 10 2 ) ( 3 + 1 ) 16  
cos ( π 60 ) = cos ( 3 ) = 2 ( 1 + 3 ) 5 + 5 + ( 10 2 ) ( 3 1 ) 16  
tg ( π 60 ) = tg ( 3 ) = [ ( 2 3 ) ( 3 + 5 ) 2 ] [ 2 10 2 5 ] 4  
ctg ( π 60 ) = ctg ( 3 ) = [ ( 2 + 3 ) ( 3 + 5 ) 2 ] [ 2 + 10 2 5 ] 4  

3,75°=(1/48)π (rad)Править

sin ( π 48 ) = sin ( 3.75 ) = 1 2 2 2 + 2 + 3  
cos ( π 48 ) = cos ( 3.75 ) = 1 2 2 + 2 + 2 + 3  

4,5°=(1/40)π (rad)Править

sin ( π 40 ) = sin ( 4.5 ) = 1 2 2 2 + 5 + 5 2  
cos ( π 40 ) = cos ( 4.5 ) = 1 2 2 + 2 + 5 + 5 2  

5,625°=(1/32)π (rad)Править

sin ( π 32 ) = sin ( 5.625 ) = 1 2 2 2 + 2 + 2  
cos ( π 32 ) = cos ( 5.625 ) = 1 2 2 + 2 + 2 + 2  

6°=(1/30)π (rad)Править

sin π 30 = sin 6 = 30 180 5 1 8  
cos π 30 = cos 6 = 10 20 + 3 + 15 8  
tg π 30 = tg 6 = 10 20 + 3 15 2  
ctg π 30 = ctg 6 = 27 + 15 + 50 + 2420 2  

7,5°=(1/24)π (rad)Править

sin ( π 24 ) = sin ( 7.5 ) = 1 2 2 2 + 3 = 1 4 8 2 6 2 2  
cos ( π 24 ) = cos ( 7.5 ) = 1 2 2 + 2 + 3 = 1 4 8 + 2 6 + 2 2  
tg ( π 24 ) = tg ( 7.5 ) = 6 3 + 2 2   = ( 2 1 ) ( 3 2 )  
ctg ( π 24 ) = ctg ( 7.5 ) = 6 + 3 + 2 + 2   = ( 2 + 1 ) ( 3 + 2 )  

9°=(1/20)π (rad)Править

sin π 20 = sin 9 = 1 2 2 5 + 5 2  
cos π 20 = cos 9 = 1 2 2 + 5 + 5 2  
tg π 20 = tg 9 = 5 + 1 5 + 2 5  
ctg π 20 = ctg 9 = 5 + 1 + 5 + 2 5  

11,25°=(1/16)π (rad)Править

sin π 16 = sin 11.25 = 1 2 2 2 + 2  
cos π 16 = cos 11.25 = 1 2 2 + 2 + 2  
tg π 16 = tg 11.25 = 4 + 2 2 2 1  
ctg π 16 = ctg 11.25 = 4 + 2 2 + 2 + 1  

12°=(1/15)π (rad)Править

sin π 15 = sin 12 = 1 8 [ 2 ( 5 + 5 ) + 3 15 ]  
cos π 15 = cos 12 = 1 8 [ 6 ( 5 + 5 ) + 5 1 ]  
tg π 15 = tg 12 = 1 2 [ 3 3 15 2 ( 25 11 5 ) ]  
ctg π 15 = ctg 12 = 1 2 [ 15 + 3 + 2 ( 5 + 5 ) ]  

15°=(1/12)π (rad)Править

sin π 12 = sin 15 = 1 4 ( 6 2 ) = 1 2 2 3  
cos π 12 = cos 15 = 1 4 ( 6 + 2 ) = 1 2 2 + 3  
tg π 12 = tg 15 = 2 3  
ctg π 12 = ctg 15 = 2 + 3  

18°=(1/10)π (rad)[1]Править

sin π 10 = sin 18 = 1 4 ( 5 1 )  
cos π 10 = cos 18 = 1 4 2 ( 5 + 5 )  
tg π 10 = tg 18 = 1 5 5 ( 5 2 5 )  
ctg π 10 = ctg 18 = 5 + 2 5  

21°=(7/60)π (rad)Править

sin 7 π 60 = sin 21 = 1 16 ( 2 ( 3 + 1 ) 5 5 ( 6 2 ) ( 1 + 5 ) )  
cos 7 π 60 = cos 21 = 1 16 ( 2 ( 3 1 ) 5 5 + ( 6 + 2 ) ( 1 + 5 ) )  
tg 7 π 60 = tg 21 = 1 4 ( 2 ( 2 + 3 ) ( 3 5 ) ) ( 2 2 ( 5 + 5 ) )  
ctg 7 π 60 = ctg 21 = 1 4 ( 2 ( 2 3 ) ( 3 5 ) ) ( 2 + 2 ( 5 + 5 ) )  

22,5°=(1/8)π (rad)Править

sin π 8 = sin 22.5 = 1 2 2 2 ,  
cos π 8 = cos 22.5 = 1 2 2 + 2  
tg π 8 = tg 22.5 = 2 1  
ctg π 8 = ctg 22.5 = 2 + 1 = δ S  , серебряное сечение

24°=(2/15)π (rad)Править

sin 2 π 15 = sin 24 = 1 8 [ 15 + 3 2 ( 5 5 ) ]  
cos 2 π 15 = cos 24 = 1 8 ( 6 ( 5 5 ) + 5 + 1 )  
tg 2 π 15 = tg 24 = 1 2 [ 50 + 22 5 3 3 15 ]  
ctg 2 π 15 = ctg 24 = 1 2 [ 15 3 + 2 ( 5 5 ) ]  

27°=(3/20)π (rad)Править

sin 3 π 20 = sin 27 = 1 8 [ 2 5 + 5 2 ( 5 1 ) ]  
cos 3 π 20 = cos 27 = 1 8 [ 2 5 + 5 + 2 ( 5 1 ) ]  
tg 3 π 20 = tg 27 = 5 1 5 2 5  
ctg 3 π 20 = ctg 27 = 5 1 + 5 2 5  

30°=(1/6)π (rad)Править

sin π 6 = sin 30 = 1 2  
cos π 6 = cos 30 = 3 2  
tg π 6 = tg 30 = 3 3 = 1 3  
ctg π 6 = ctg 30 = 3  

33°=(11/60)π (rad)Править

sin 11 π 60 = sin 33 = 1 16 [ 2 ( 3 1 ) 5 + 5 + 2 ( 1 + 3 ) ( 5 1 ) ]  
cos 11 π 60 = cos 33 = 1 16 [ 2 ( 3 + 1 ) 5 + 5 + 2 ( 1 3 ) ( 5 1 ) ]  
tg 11 π 60 = tg 33 = 1 4 [ 2 ( 2 3 ) ( 3 + 5 ) ] [ 2 + 2 ( 5 5 ) ]  
ctg 11 π 60 = ctg 33 = 1 4 [ 2 ( 2 + 3 ) ( 3 + 5 ) ] [ 2 2 ( 5 5 ) ]  

36°=(1/5)π (rad)Править

[1]
sin π 5 = sin 36 = 1 4 10 2 5  
cos π 5 = cos 36 = 5 + 1 4 = φ 2 ,   где φ   — золотое сечение;
tg π 5 = tg 36 = 5 2 5  
ctg π 5 = ctg 36 = 1 5 25 + 10 5  

39°=(13/60)π (rad)Править

sin 13 π 60 = sin 39 = 1 16 [ 2 ( 1 3 ) 5 5 + 2 ( 3 + 1 ) ( 5 + 1 ) ]  
cos 13 π 60 = cos 39 = 1 16 [ 2 ( 1 + 3 ) 5 5 + 2 ( 3 1 ) ( 5 + 1 ) ]  
tg 13 π 60 = tg 39 = 1 4 [ ( 2 3 ) ( 3 5 ) 2 ] [ 2 2 ( 5 + 5 ) ]  
ctg 13 π 60 = ctg 39 = 1 4 [ ( 2 + 3 ) ( 3 5 ) 2 ] [ 2 + 2 ( 5 + 5 ) ]  

42°=(7/30)π (rad)Править

sin 7 π 30 = sin 42 = 30 + 6 5 5 + 1 8  
cos 7 π 30 = cos 42 = 15 3 + 10 + 2 5 8  
tg 7 π 30 = tg 42 = 15 + 3 10 + 2 5 2  
ctg 7 π 30 = ctg 42 = 50 22 5 + 3 3 15 2  

45°=(1/4)π (rad)Править

sin π 4 = sin 45 = 2 2 = 1 2  
cos π 4 = cos 45 = 2 2 = 1 2  
tg π 4 = tg 45 = 1  
ctg π 4 = ctg 45 = 1  

54°=(3/10)π (rad)Править

sin 3 π 10 = sin 54 = 5 + 1 4  
cos 3 π 10 = cos 54 = 10 2 5 4  
tg 3 π 10 = tg 54 = 25 + 10 5 5  
ctg 3 π 10 = ctg 54 = 5 20  

60°=(1/3)π (rad)Править

sin π 3 = sin 60 = 3 2  
cos π 3 = cos 60 = 1 2  
tg π 3 = tg 60 = 3  
ctg π 3 = ctg 60 = 3 3 = 1 3  

67,5°=(3/8)π (rad)Править

sin 3 π 8 = sin 67.5 = 1 2 2 + 2  
cos 3 π 8 = cos 67.5 = 1 2 2 2  
tg 3 π 8 = tg 67.5 = 2 + 1  
ctg 3 π 8 = ctg 67.5 = 2 1  

72°=(2/5)π (rad)Править

sin 2 π 5 = sin 72 = 1 4 2 ( 5 + 5 )  
cos 2 π 5 = cos 72 = 1 4 ( 5 1 ) = φ 2 ,   где φ   — золотое сечение;
tg 2 π 5 = tg 72 = 5 + 2 5  
ctg 2 π 5 = ctg 72 = 1 5 5 ( 5 2 5 )  

75°=(5/12)π (rad)Править

sin 5 π 12 = sin 75 = 1 4 ( 6 + 2 )  
cos 5 π 12 = cos 75 = 1 4 ( 6 2 )  
tg 5 π 12 = tg 75 = 2 + 3  
ctg 5 π 12 = ctg 75 = 2 3  

90°=(1/2)π (rad)Править

sin π 2 = sin 90 = 1  
cos π 2 = cos 90 = 0  
tg π 2 = tg 90 =  
ctg π 2 = ctg 90 = 0  

Список значений тригонометрических функций от аргумента, равного 2π/nПравить

Приведены только формулы, не использующие корней степени больше 5  . Так как (по теореме Муавра) в множестве комплексных чисел извлечение корня целой степени n приводит к n различным значениям, то для корней 3-й и 5-й степеней от невещественных чисел, появляющихся в этом разделе ниже, следует брать главное значение, равное корню с наибольшей действительной частью: она всегда положительна. Следовательно, суммы корней 3-й или 5-й степени от комплексно сопряжённых чисел, появляющиеся в таблице, тоже положительны. Тангенс приведён в тех случаях, когда его можно записать сильно проще, чем отношение записей синуса и косинуса.

В некоторых случаях ниже используются два числа ω 3 = 1 + i 3 2 , ω 5 = 1 4 ( 1 + 5 + i 10 + 2 5 )  , обладающие таким свойством, что ω 3 3 = ω 5 5 = 1  . n sin ( 2 π n ) cos ( 2 π n ) tg ( 2 π n ) 1 0 1 0 2 0 1 0 3 1 2 3 1 2 3 4 1 0 ± 5 1 4 ( 10 + 2 5 ) 1 4 ( 5 1 ) 5 + 2 5 6 1 2 3 1 2 3 7 1 6 3 ( 7 ω 3 ¯ 7 + 21 i 3 2 3 ω 3 7 21 i 3 2 3 ) 1 6 ( 1 + 7 + 21 i 3 2 3 + 7 21 i 3 2 3 ) 8 1 2 2 1 2 2 1 9 i 2 ( ω 3 ¯ 3 ω 3 3 ) 1 2 ( ω 3 3 + ω 3 ¯ 3 ) 10 1 4 ( 10 2 5 ) 1 4 ( 5 + 1 ) 5 2 5 11 12 1 2 1 2 3 1 3 3 13 1 12 6 ( 13 13 4 ( 26 5 13 3 i 39 ) 3 4 ( 26 5 13 + 3 i 39 ) 3 ) 1 12 ( 1 + 13 + 4 ( 26 5 13 3 i 39 ) 3 + 4 ( 26 5 13 + 3 i 39 ) 3 ) 14 1 6 3 ( 7 7 + 21 i 3 2 3 7 21 i 3 2 3 ) 1 6 ( 1 ω 3 7 + 21 i 3 2 3 ω 3 ¯ 7 21 i 3 2 3 ) 15 1 8 ( 15 + 3 10 2 5 ) 1 8 ( 1 + 5 + 30 6 5 ) 1 2 ( 3 3 15 + 50 + 22 5 ) 16 1 2 ( 2 2 ) 1 2 ( 2 + 2 ) 2 1 17 1 16 ( 1 + 17 + 34 2 17 + 2 17 + 3 17 34 2 17 2 34 + 2 17 ) 18 i 2 ( ω 3 3 ω 3 ¯ 3 ) 1 2 ( ω 3 3 + ω 3 ¯ 3 ) 19 20 1 4 ( 5 1 ) 1 4 ( 10 + 2 5 ) 1 5 ( 25 10 5 ) 21 22 23 24 1 4 ( 6 2 ) 1 4 ( 6 + 2 ) 2 3 25 i 2 ( ω 5 ¯ 5 ω 5 5 ) 1 2 ( ω 5 5 + ω 5 ¯ 5 )  

ДоказательствоПравить

Одно из общих и наглядных методов вывести формулы для x = cos 2 π o n + i sin 2 π o n   (n и o — целые числа) — это решить уравнение xn = 1, то есть найти комплексные корни из 1. При этом сами косинус и синус равны x + 1 / x 2   и x 1 / x 2 i   соответственно. Данный метод обосновывается теоремой Муавра:

если r > 0   — модуль, а α R   — аргумент комплексного числа, то все корни целой степени n 0   от r ( cos α + i sin α )   выражаются числами r n [ cos ( α n + 2 π o n ) + i sin ( α n + 2 π o n ) ] ,   где o   пробегает множество целых чисел Z .  

В свою очередь, эта теорема доказывается утверждением, что при умножении комплексных чисел их модули умножаются, а аргументы — складываются (последнее равносильно тригонометрическим тождествам для суммы):

[ r ( cos α + i sin α ) ] [ s ( cos β + i sin β ) ] = ( r s ) [ cos ( α + β ) + i sin ( α + β ) ] .  

Среди корней натуральной степени n из 1 есть те, которые не являются корнями никакой другой натуральной степени m < n из 1, — они называются первообразными, или примитивными, корнями n-й степени из 1. А многочлен, в качестве своих корней содержащий только примитивные радикалы из 1, причём с единичной кратностью, называется круговым. Для корней n-й степени из 1 степень кругового многочлена равна φ(n), где φ — функция Эйлера, и обязательно чётна при n ≥ 3, поскольку при n ≥ 3 все первообразные корни (среди которых уже нет ±1) невещественны и образуют комплексно сопряжённые пары.

При n ≥ 2 круговой полином является симметричным, то есть все его коэффициенты отражаются относительно степени φ(n)/2. Если n ≥ 3, то, чтобы решить уравнение с круговым многочленом sφ(n)(x) = 0 чётной степени φ(n), симметричный полином sφ(n)(x) надо разделить на xφ(n)/2, а затем сгруппировать по степеням числа x + 1/x (это возможно из-за симметричности), которое, как совпадение, и оказывается искомым косинусом, умноженным на 2.

Пример 1: n = 3Править

Способ 1 — решение уравнения 2-й степени по общему методуПравить

Полином x 3 1   раскладывается на круговые множители x 1   и x 2 + x + 1 ,   у первого из каких корень равен 1, а второй является полиномом 2-й степени. И в общем случае, чтобы решить квадратное уравнение, надо поделить многочлен на старший коэффициент (здесь он равен 1), а затем выделить точный квадрат так, чтобы избавиться от слагаемого-одночлена той степени, которая меньше степени полинома на 1, — то есть привести многочленное уравнение к каноническому виду:

x 2 + x = 1 ,  

( x + 1 2 ) 2 = 3 4 ,  

( x + 1 2 ) 2 + 3 4 = 0   (канонический вид).

В итоге в совокупности с уравнением x 1 = 0   получается, что

x = 1   или x = 1 ± 3 i 2 .  

Способ 2 — сведение уравнения к уравнению 1-й степениПравить

Вместо того, чтобы решать уравнение x 2 + x + 1 = 0   как квадратное, симметричный многочлен x 2 + x + 1   можно поделить на x, сгруппировать относительно x + 1/x, учитывая, что x + 1/x — это искомый косинус, умноженный на 2:

( x + 1 x ) + 1 = 0 ,  

x + 1 x = 1 ,  

x = 1 ± 3 i 2 .  

Пример 2: n = 5Править

Круговой полином равен x 4 + x 3 + x 2 + x + 1 ,   и, чтобы найти его корни, его нужно поделить на x2, сгруппировать по степеням x + 1/x (сведя к квадратному полиному) и приравнять 0:

x 2 + x + 1 + x 1 + x 2 = 0 ,  

( x + 1 x ) 2 + ( x + 1 x ) 1 = 0 ,  

x + 1 x = 1 ± 5 2   (искомый косинус, умноженный на 2),

x = 1 ± 1 5 4 ± 2 i 4 10 ± 1 2 5 .  

Пример 3: n = 7Править

Условные обозначения. Обозначим cos 2 π n + i sin 2 π n   как ω n .  

Шаг 1 — приведение уравнения к канонической формеПравить

Проведя с круговым многочленом x 6 + x 5 + x 4 + x 3 + x 2 + x + 1   преобразования, аналогичные каким представлены для n = 5, получаем уравнение 3-й степени ( x + 1 x ) 3 + ( x + 1 x ) 2 2 ( x + 1 x ) 1 = 0.   Далее, как и в случае с квадратным уравнением, это уравнение нужно привести к каноническому виду, то есть поделить обе части уравнения на старший коэффициент (единицу) и затем выделить точный куб, избавившись от слагаемого той степени, которая меньше степени многочлена на 1:

( x + 1 x ) 3 + ( x + 1 x ) 2 = 2 ( x + 1 x ) + 1 ,  

[ ( x + 1 x ) + 1 3 ] 3 = 7 3 [ ( x + 1 x ) + 1 3 ] + 7 27 ,  

( x + 1 3 + 1 x ) 3 7 3 ( x + 1 3 + 1 x ) 7 27 = 0   (каноническая форма).

Шаг 2 — метод дель ФерроПравить

Метод решения канонических кубических уравнений вошёл в историю под именем Джероламо Кардано, но впервые был открыт Сципионом дель Ферро. Он заключается в следующем: заменим искомую переменную ( x + 1 3 + x 1  ) на сумму v + w  :

( v 3 + 3 v 2 w + 3 v w 2 + w 3 ) 7 3 ( v + w ) 7 27 = 0 ,  

а затем зададим между v и w такую зависимость, чтобы уравнение можно было свести к менее чем 3-й степени. Тогда оказывается, что в числе 3 v 2 w + 3 v w 2 7 3 ( v + w ) = ( 3 v w 7 3 ) ( v + w )   множитель 3 v w 7 3   надо приравнять нулю. В таком случае w = 7 9 v   и 1 2 ( x + x 1 ) = 1 2 ( 1 3 + v + w ) = 1 2 ( 1 3 + v + 7 9 v )   (сам косинус), а само кубическое уравнение сокращается до квадратного:

v 3 7 3 3 + 7 3 3 6 v 3 = 0 ,  

v 3 = 7 2 3 3 ± i 7 3 3 6 7 2 2 2 3 6 = 7 ± 7 i 2 2 7 1 2 3 3 = 7 ± 21 i 3 2 3 3 ,  

а с учётом главных значений кубических корней получается:

v = ω 3 m 3 7 ± 21 i 3 2 3 , 7 9 v = ω 3 m 3 7 21 i 3 2 3 ,   где m Z ,  

cos 2 π o 7 = 1 6 ( 1 + ω 3 m 7 + 21 i 3 2 3 + ω 3 m 7 21 i 3 2 3 ) ,  

где o = 1 (o = 6) соответствует m = 0, o = 2 (o = 5) — m = 1, а o = 3 (o = 4) — m = 2.

Шаг 3 — синус[2]Править

Синус лучше всего искать не по основному тригонометрическому тождеству, а по формуле половинного угла sin 2 π o 7 = ± 1 2 1 2 cos 4 π o 7 ,   иначе появятся квадраты чисел 1 2 ( 7 ± 21 i 3 ) 3 ,   и упрощение станет неочевидное. В итоге все примитивные корни 7-й степени из 1 равны

1 6 [ 1 + w + w ¯ ± i 3 ( 7 ω 3 ¯ w ω 3 w ¯ ) ] ,  

где 2 w 3 = 7 + 21 i 3 .  

Пример 4: n = 32 = 9Править

Условное обозначение. Обозначим cos 2 π n + i sin 2 π n   как ω n .  

Число 9 раскладывается на простые множители как 32, так что многочлен x 9 1   можно разложить на круговые множители как ( x 1 ) ( x 2 + x + 1 ) ( x 6 + x 3 + 1 ) .   Корни последнего из них представляют собой корни 3-й степени из чисел (корней многочлена x 2 + x + 1  ), которые, в свою очередь, являются первообразными корнями 3-й степени из 1, то есть первообразные корни 9-й степени из 1 равны

x = ω 3 m ω 3 ± 1 3 ,   где m { 0 , 1 , 2 } .  

Тогда (с учётом главных значений кубических корней) «первообразные» косинусы и синусы выражаются как

1 2 ( x + 1 x ) = 1 2 ( ω 3 m ω 3 ± 1 3 + ω 3 m ω 3 1 3 ) ,  

1 2 i ( x 1 x ) = i 2 ( ω 3 m ω 3 1 3 + ω 3 m ω 3 ± 1 3 ) ,  

Пример 5: n = 2 · 7 = 14Править

Условное обозначение: ω n := cos 2 π n + i sin 2 π n .  

У полинома x 14 1 = ( x 7 1 ) ( x 7 + 1 )   круговые множители таковы:

  • x 1   (круговой полином для 1-й степени);
  • x + 1   (круговой полином для 2-й степени);
  • x 6 + x 5 + x 4 + x 3 + x 2 + x + 1   (для 7-й степени);
  • x 6 x 5 + x 4 x 3 + x 2 x + 1   (для 14-й степени).

Корни полинома x 6 x 5 + x 4 x 3 + x 2 x + 1   точно противоположны корням полинома x 6 + x 5 + x 4 + x 3 + x 2 + x + 1   (это можно доказать с помощью замены переменной на противоположную ей или по теореме Виета) и, следовательно, выглядят так:

1 6 [ 1 w w ¯ ± i 3 ( 7 ω 3 ¯ y ω 3 w ¯ ) ] ,  

где 2 w 3 = 7 + 21 i 3 .  

Пример 6: n = 3 · 5 = 15Править

Круговой многочлен x 8 x 7 + x 5 x 4 + x 3 x + 1   не очень прост, и вместо того, чтобы искать его корни, лучше разложить угол 2 π o 3 5   (o — целое число) как сумму 2 π 3 o 1 + 2 π 5 o 2 ,   где o1 и o2 — некоторые целые числа.

Примечание. В отличие от 15, в факторизации числа 9 участвует один и тот же множитель двойной кратности — и в отличие от 2 π o 3 5   угол 2 π o 3 2   не всегда можно разложить в виде 2 π o 1 3 + 2 π o 2 3   (o, o1 и o2 — целые числа).

Разложив угол на сумму углов, можно вычислять косинус и синус:

cos ( 2 π o 1 3 + 2 π o 2 5 ) + i sin ( 2 π o 1 3 + 2 π o 2 5 ) =  

= ( cos 2 π o 1 3 + i sin 2 π o 1 3 ) ( cos 2 π o 2 5 + i sin 2 π o 2 5 ) =  

= ( 1 + i 3 2 ) o 1 [ 1 4 ( 1 + 5 + i 10 + 2 5 ) ] o 2 .  

Например, если o = 1, то в качестве o1 и o2 можно выбрать −1 и 2 соответственно. Тогда

cos 2 π 15 + i sin 2 π 15 = 1 8 ( 1 i 3 ) ( 1 5 + i 10 2 5 ) =  

= 1 8 [ 1 + 5 + 30 6 5 + i ( 3 + 15 10 2 5 ) ] .  

Пример 7: n = 17Править

Шаг 1Править

Поскольку данное число Ферма является простым, то, как и в случае n = 3, n = 5 и n = 7, в первую очередь нужно круговой полином x 16 + + x + 1   поделить на x8 и заменить на некоторую переменную b = x + 1/x ― получим b 8 + b 7 + 4 b + 1.  

Условное обозначение. Обозначим корни многочлена b 8 + b 7 + 4 b + 1   как b o / 17 = 2 cos 2 π o 17 .  

Шаг 2[3]Править

Корни полинома b 8 + b 7 + 4 b + 1   лучше всего найти не через его коэффициенты, а пользуясь тем, что его корни ― удвоенные косинусы. Для этого нужно некоторым образом распределить все его корни по двум суммам S1 и S2, найти S1 + S2 и S1S2 и по теореме Виета вывести для S1 и S2 уравнение, решив которое и получим S1 и S2.

Если поточнее, корни полинома b 8 + b 7 + 4 b + 1   нужно распределять по степеням двойки:

  • S 1 = b 2 0 / 17 + b 2 1 / 17 + b 2 2 / 17 + b 2 3 / 17 = b 1 / 17 + b 2 / 17 + b 4 / 17 + b 8 / 17 ;  
  • S 2 = b 3 2 0 / 17 + b 3 2 1 / 17 + b 3 2 2 / 17 + b 3 2 3 / 17 = b 3 / 17 + b 6 / 17 + b 5 / 17 + b 7 / 17 .  

Сумма S1 + S2 равна сумме всех корней b 8 + b 7 + 4 b + 1 ,   а значит, по теореме Виета равна −1, а произведение находится по формуле косинуса произведения ( 2 cos α ) ( 2 cos β ) = [ 2 cos ( α + β ) ] + [ 2 cos ( ± α β ) ] :  

( b 1 / 17 + b 2 / 17 + b 4 / 17 + b 8 / 17 ) ( b 3 / 17 + b 6 / 17 + b 5 / 17 + b 7 / 17 ) =  

= ( b 1 / 17 b 3 / 17 ) + + ( b 8 / 17 b 7 / 17 ) 16 слагаемых = ( b 4 / 17 + b 2 / 17 ) + + ( b 15 / 17 + b 1 / 17 ) 32 слагаемых, включая внутри скобок   (по формуле косинуса произведения)

= 2 ( b 1 / 17 + b 2 / 17 + + b 15 / 17 + b 16 / 17 ) 16 слагаемых = 4 ( S 1 + S 2 ) = 4.  

Тогда получается квадратное уравнение S 2 + S 4 = 0   с корнями 1 ± 17 2 ,   причём они распределяются так:

  • S 1 = b 1 / 17 + b 2 / 17 + b 4 / 17 + b 8 / 17 = 1 + 17 2 ;  
  • S 2 = b 3 / 17 + b 6 / 17 + b 5 / 17 + b 7 / 17 = 1 17 2 .  

Шаг 3Править

Слагаемые, заключённые в S1 и S2, снова надо распределить пополам по суммам, причём по степеням четвёрки — и образуются четыре числа:

  • T 1.1 = b 2 0 / 17 + b 2 2 / 17 = b 1 / 17 + b 4 / 17 ;  
  • T 1.2 = b 2 1 / 17 + b 2 3 / 17 = b 2 / 17 + b 8 / 17 ;  
  • T 2.1 = b 3 2 0 / 17 + b 3 2 2 / 17 = b 3 / 17 + b 5 / 17 ;  
  • T 2.2 = b 3 2 1 / 17 + b 3 2 3 / 17 = b 6 / 17 + b 7 / 17 .  

Сумма T m .1 + T m .2   (где m пробегает множество {1, 2}) равна S m = 1 ± 17 2 ,   а произведение T m .1 T m .2   (по той же формуле cos α cos β = 1 2 [ cos ( α + β ) + cos ( ± α β ) ]  ) равно −1 (при m = 1 и при m = 2), а значит, здесь по теореме Виета мы получаем квадратное уравнение T m 2 S m T m 1 = 0   для T:

  • T 1.1 = 1 4 ( 1 + 17 + 34 2 17 ) ;  
  • T 1.2 = 1 4 ( 1 + 17 34 2 17 ) ;  
  • T 2.1 = 1 4 ( 1 17 + 34 + 2 17 ) ;  
  • T 2.2 = 1 4 ( 1 17 34 + 2 17 ) .  

Шаг 4Править

Во 2-м и 3-м этапах мы каждый раз «дробили» суммы пополам. Здесь мы сделаем то же самое и таким образом уже дойдём до самих корней (чисел bo/17). Суммы равны:

  • b 1 / 17 + b 4 / 17 = T 1.1 ;  
  • b 2 / 17 + b 8 / 17 = T 1.2 ;  
  • b 3 / 17 + b 5 / 17 = T 2.1 ;  
  • b 6 / 17 + b 7 / 17 = T 2.2 ,  

а соответствующие произведения:

  • b 1 / 17 b 4 / 17 = b 5 / 17 + b 3 / 17 = T 2.1 ;  
  • b 2 / 17 b 8 / 17 = b 10 / 17 + b 6 / 17 = T 2.2 ;  
  • b 3 / 17 b 5 / 17 = b 8 / 17 + b 2 / 17 = T 1.2 ;  
  • b 6 / 17 b 7 / 17 = b 13 / 17 + b 1 / 17 = T 1.1 .  

Составив все требуемые квадратные уравнения, получаем искомые косинусы:

  • b 1 / 17 / 2   или b 4 / 17 / 2   — 1 16 ( 16 N + 2 N ± 2 2 M N 2 N 2 2 M ) ;  
  • b 2 / 17 / 2   или b 8 / 17 / 2   — 1 16 ( 16 N 2 N ± 2 2 M N + 2 N + 2 2 M ) ;  
  • b 3 / 17 / 2 , b 5 / 17 / 2   — 1 16 ( 16 M + 2 M ± 2 2 N M 2 M + 2 2 N ) ;  
  • b 6 / 17 / 2 , b 7 / 17 / 2   — 1 16 ( 16 M 2 M ± 2 2 N M + 2 M 2 2 N ) ;  

где M = 17 + 17 , N = 17 17  .

Пример 8: n = 13Править

Нужно круговой полином x 12 + + x + 1   поделить на x6 и заменить x + 1/x на некоторую переменную b ― получается полином b 6 + b 5 5 b 4 4 b 3 + 6 b 2 + 3 b 1.   Между 7-м примером (n = 17) и данным (n = 13) есть некоторые сходства: во-первых, 13 и 17 оба простые числа, а во-вторых, степени многочленов b 6 + b 5 5 b 4 4 b 3 + 6 b 2 + 3 b 1   (который соответствует n = 13) и b 8 + b 7 + 4 b + 1   (n = 17) являются составными числами — поэтому возникает такое подозрение, что корни полинома b 6 + b 5 5 b 4 4 b 3 + 6 b 2 + 3 b 1   нужно найти по тому же принципу, какой был в 7-м примере: причём здесь нужно сначала вывести и решить квадратное уравнение, а лишь потом — кубическое.

Условное обозначение. Обозначим корни полинома b 6 + b 5 5 b 4 4 b 3 + 6 b 2 + 3 b 1   как b o / 13 = 2 cos 2 π o 13 .  

Шаг 1Править

Распределим все шесть корней указанного полинома по двум суммам S1, S2 и по степеням тройки:

  • S 1 = x 3 0 / 13 + x 3 1 / 13 + x 3 2 / 13 = x 1 / 13 + x 3 / 13 + x 4 / 13 ;  
  • S 2 = x 2 3 0 / 13 + x 2 3 1 / 13 + x 2 3 2 / 13 = x 2 / 13 + x 6 / 13 + x 5 / 13  

и вычислим следующие величины с помощью тождества ( 2 cos α ) ( 2 cos β ) = [ 2 cos ( α + β ) ] + [ 2 cos ( ± α β ) ] :  

  • S 1 + S 2 = 1 ;  
  • S 1 S 2 = ( b 1 / 13 + b 3 / 13 + b 4 / 13 ) ( b 2 / 13 + b 6 / 13 + b 5 / 13 ) = b 1 / 13 b 2 / 13 + b 1 / 13 b 6 / 13 + b 1 / 13 b 5 / 13 + b 3 / 13 b 2 / 13 + b 3 / 13 b 6 / 13 + b 3 / 13 b 5 / 13 + b 4 / 13 b 2 / 13 + b 4 / 13 b 6 / 13 + b 4 / 13 b 5 / 13 = ( b 3 / 13 + b 1 / 13 ) + ( b 7 / 13 + b 5 / 13 ) + ( b 6 / 13 + b 4 / 13 ) + ( b 5 / 13 + b 1 / 13 ) + ( b 9 / 13 + b 3 / 13 ) + ( b 8 / 13 + b 2 / 13 ) + ( b 6 / 13 + b 2 / 13 ) + ( b 10 / 13 + b 2 / 13 ) + ( b 9 / 13 + b 1 / 13 ) = 3 ( b 1 / 13 + b 2 / 13 + b 3 / 13 + b 4 / 13 + b 5 / 13 + b 6 / 13 ) = 3 ( S 1 + S 2 ) = 3 ,  

получив уравнение S 2 + S 3 = 0  , решив которое получаем: S 1 = b 1 / 13 + b 3 / 13 + b 4 / 13 = 1 + 13 2 ,   S 2 = b 2 / 13 + b 6 / 13 + b 5 / 13 = 1 13 2 .  

Шаг 2Править

S1 и S2 известны — теперь с помощью них нужно вывести кубические уравнения относительно b. Для демонстрации выберем, например, корни, входящие в сумму S1. Тогда нужно найти следующие величины:

  • b 1 / 13 + b 3 / 13 + b 4 / 13 = S 1 = 1 + 13 2 ;  
  • b 1 / 13 b 3 / 13 + b 3 / 13 b 4 / 13 + b 4 / 13 b 1 / 13 = b 4 / 13 + b 2 / 13 + b 7 / 13 + b 1 / 13 + b 5 / 13 + b 3 / 13 = S 1 + S 2 = 1 ;  
  • b 1 / 13 b 3 / 13 b 4 / 13 = ( b 4 / 13 + b 2 / 13 ) b 4 / 13 = b 4 / 13 2 + b 2 / 13 b 4 / 13 = ( 2 + b 8 / 13 ) + ( b 6 / 13 + b 2 / 13 ) = 2 + S 2 = 3 13 2 ,  

чтобы по теореме Виета получить уравнение. Если в совокупности с корнями, входящими в S1, включить корни, входящие в S2, — в результате получится уравнение b 3 1 ± 13 2 b 2 b + 3 ± 13 2 = 0  .

Шаг 3 — приведение к канонической формеПравить

( b 1 ± 13 6 ) 3 + 13 ± 13 6 ( b 1 ± 13 6 ) + 26 ± 5 13 27 = 0   (каноническая форма) | 6 3 ,  

[ 6 b ( 1 ± 13 ) ] 3 + 6 ( 13 ± 13 ) [ 6 b ( 1 ± 13 ) ] + 8 ( 26 ± 5 13 ) = 0   (чтобы в ответе знаменатель сразу был вынесен из-под корня).

Шаг 4 — решение канонического уравненияПравить

6 b ( 1 ± 13 ) = ω 3 m 8 ( 26 ± 5 13 ) 2 8 ( 26 ± 5 13 ) 2 2 + 6 ( 13 ± 13 ) 3 3 3 + ω 3 m 8 ( 26 ± 5 13 ) 2 + 8 ( 26 ± 5 13 ) 2 2 + 6 ( 13 ± 13 ) 3 3 3 = ω 3 m 4 ( 26 5 13 3 i 39 ) 3 + ω 3 m 4 ( 26 5 13 + 3 i 39 ) 3 ,  

где m пробегает {0, 1, 2}, а ω n = cos 2 π n + i sin 2 π n .  

ПрочееПравить

Использование для вычисления других константПравить

Например, объём правильного додекаэдра с длиной ребра a   может быть задан формулой:

V = 5 a 3 cos 36 tan 2 36 .  

Если использовать выражения

cos 36 = 5 + 1 4 ,  
tan 36 = 5 2 5 ,  

формулу можно упростить до

V = a 3 ( 15 + 7 5 ) 4 .  

Вывод через треугольникиПравить

 
Правильный n-угольник и его фундаментальный прямоугольный треугольник. Углы: a = 180°n, b =90(1 − 2n

Вывод значений синуса, косинуса и тангенса в радикальную форму базируется на возможности построения при помощи циркуля и линейки правильных многоугольников.

Здесь прямоугольные треугольники, сделанные сечениями по осям симметрии правильных многоугольников, используются для вычисления фундаментальных тригонометрических соотношений. В каждом из прямоугольных треугольников вершинами являются:

  • Центр многоугольника
  • Вершина многоугольника
  • Середина стороны, содержащей эту вершину

Правильный n-угольник можно разделить на 2n треугольников с углами 180n, 90 − 180n, 90 градусов для n, большего или равного 3. Возможность построения при помощи циркуля и линейки треугольника, квадрата, пяти- и пятнадцатиугольника — в базе, биссектрисы углов также позволяют быть выведенными многоугольники с числом сторон, равным степени двойки, умноженным на число сторон данного многоугольника.

Есть и ещё правильные многоугольники, которые можно построить при помощи циркуля и линейки: 17, 51, 85, 255, 257, 353, 449, 641, 1409, 2547, …, 65535, 65537, 69481, 73697, …, 4294967295.)
  • Нельзя построить при помощи циркуля и линейки (с полуградусными или целыми углами) — Для получаемых соотношений сторон треугольников нет конечных радикальных форм, включающих действительные числа, а значит, многоугольники с числом сторон, равным степени двойки, умноженным на число сторон данного многоугольника, не огут быть выведены.

Подсчитанные значения синуса и косинусаПравить

Тривиальные величиныПравить

Синус и косинус 0, 30, 45, 60 и 90 градусов могут быть вычислены из соответственных прямоугольных треугольников по теореме Пифагора.

При использовании радианов, синус и косинус π   / 2n могут быть выражены в радикальной форме при помощи рекурсивного применения следующих формул:

2 cos θ = 2 + 2 cos 2 θ = 2 + 2 + 2 cos 4 θ = 2 + 2 + 2 + 2 cos 8 θ  ; т.д.
2 sin θ = 2 2 cos 2 θ = 2 2 + 2 cos 4 θ = 2 2 + 2 + 2 cos 8 θ  ; т.д.

Например:

cos π 2 1 = 0 2  
cos π 2 2 = 2 + 0 2  ; sin π 2 2 = 2 0 2  
cos π 2 3 = 2 + 2 2  ; sin π 2 3 = 2 2 2  
cos π 2 4 = 2 + 2 + 2 2  ; sin π 2 4 = 2 2 + 2 2  
cos π 2 5 = 2 + 2 + 2 + 2 2  ; sin π 2 5 = 2 2 + 2 + 2 2  
cos π 2 6 = 2 + 2 + 2 + 2 + 2 2  ; sin π 2 6 = 2 2 + 2 + 2 + 2 2  

и т. д.

Радикальная форма, синус и косинус π  (3 × 2n)Править

cos 2 π 3 = 1 2  
cos π 3 × 2 0 = 2 1 2  ; sin π 3 × 2 0 = 2 + 1 2  
cos π 3 × 2 1 = 2 + 1 2  ; sin π 3 × 2 1 = 2 1 2  
cos π 3 × 2 2 = 2 + 3 2  ; sin π 3 × 2 2 = 2 3 2  
cos π 3 × 2 3 = 2 + 2 + 3 2  ; sin π 3 × 2 3 = 2 2 + 3 2  
cos π 3 × 2 4 = 2 + 2 + 2 + 3 2  ; sin π 3 × 2 4 = 2 2 + 2 + 3 2  
cos π 3 × 2 5 = 2 + 2 + 2 + 2 + 3 2  ; sin π 3 × 2 5 = 2 2 + 2 + 2 + 3 2  

и т. д.

Радикальная форма, синус и косинус π  (5 × 2n)Править

cos 2 π 5 = 5 1 4  
cos π 5 × 2 0 = 5 + 1 4   (Поэтому 2 + 2 cos π 5 = 2 + 1.25 + 0.5  )
cos π 5 × 2 1 = 2.5 + 1.25 2  ; sin π 5 × 2 1 = 1.5 1.25 2  
cos π 5 × 2 2 = 2 + 2.5 + 1.25 2  ; sin π 5 × 2 2 = 2 2.5 + 1.25 2  
cos π 5 × 2 3 = 2 + 2 + 2.5 + 1.25 2  ; sin π 5 × 2 3 = 2 2 + 2.5 + 1.25 2  
cos π 5 × 2 4 = 2 + 2 + 2 + 2.5 + 1.25 2  ; sin π 5 × 2 4 = 2 2 + 2 + 2.5 + 1.25 2  
cos π 5 × 2 5 = 2 + 2 + 2 + 2 + 2.5 + 1.25 2  ; sin π 5 × 2 5 = 2 2 + 2 + 2 + 2.5 + 1.25 2  

и т. д.

Радикальная форма, синус и косинус π  (5 × 3 × 2n)Править

cos π 15 × 2 0 = 0.703125 + 1.875 + 0.3125 0.25 2  
cos π 15 × 2 1 = 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  ; sin π 15 × 2 1 = 2.25 0.703125 + 1.875 0.3125 2  
cos π 15 × 2 2 = 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  ; sin π 15 × 2 2 = 2 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  
cos π 15 × 2 3 = 2 + 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  ; sin π 15 × 2 3 = 2 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  
cos π 15 × 2 4 = 2 + 2 + 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  ; sin π 15 × 2 4 = 2 2 + 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  
cos π 15 × 2 5 = 2 + 2 + 2 + 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  ; sin π 15 × 2 5 = 2 2 + 2 + 2 + 0.703125 + 1.875 + 0.3125 + 1.75 2  

и т. д.

Радикальная форма, синус и косинус π  (17 × 2n)Править

Если M = 2 ( 17 + 17 )   и N = 2 ( 17 17 )  , то

cos π 17 = M 4 + 2 ( N + 2 ( 2 M N + 17 N N 8 M ) ) 8 .  

Затем, используя индукцию, получаем, что

cos π 17 × 2 0 = 30 + 2 17 + 136 8 17 + 272 + 48 17 + 8 34 2 17 × ( 17 1 ) 64 34 + 2 17 8 ;  
cos π 17 × 2 n + 1 = 2 + 2 cos π 17 × 2 n 2  ; sin π 17 × 2 n + 1 = 2 2 cos π 17 × 2 n 2 .  

Радикальная форма, синус и косинус π  (257 × 2n); π  (65537 × 2n)Править

Индукция, применённая выше, может быть применена точно так же к любым простым числам Ферма (F3=223+1=28+1=257; F4=224+1=216+1=65537), кратные π   чьи значения синуса и косинуса в радикальной форме существуют, но чересчур длинны, чтобы их здесь привести.

cos π 257 × 2 n + 1 = 2 + 2 cos π 257 × 2 n 2  ; sin π 257 × 2 n + 1 = 2 2 cos π 257 × 2 n 2 ;  
cos π 65537 × 2 n + 1 = 2 + 2 cos π 65537 × 2 n 2  ; sin π 65537 × 2 n + 1 = 2 2 cos π 65537 × 2 n 2 .  

Радикальная форма, синус и косинус π  (255 × 2n), π  (65535 × 2n); π  (4294967295 × 2n)Править

D = 232 — 1 = 4294967295 — самый большой известный на данный момент нечётный целый знаменатель, для которого радикальные формы sin( π  /D) и cos ( π  /D) известны. Используя радикальные формы величин из разделов выше, и применяя правило cos ( a b ) = cos a × cos b + sin a × sin b   по индукции, получаем -

cos π 255 × 2 0 = 2 + 2 cos ( π 15 π 17 ) 2  ; sin π 255 × 2 0 = 2 2 cos ( π 15 π 17 ) 2 ;  
cos π 255 × 2 n + 1 = 2 + 2 cos π 255 × 2 n 2  ; sin π 255 × 2 n + 1 = 2 2 cos π 255 × 2 n 2 ;  

Следовательно, используя радикальные формы величин из разделов выше, и применяя правило cos ( a b ) = cos a × cos b + sin a × sin b   по индукции, получаем -

cos π 65535 × 2 0 = 2 + 2 cos ( π 255 π 257 ) 2  ; sin π 65535 × 2 0 = 2 2 cos ( π 255 π 257 ) 2 ;  
cos π 65535 × 2 n + 1 = 2 + 2 cos π 65535 × 2 n 2  ; sin π 65535 × 2 n + 1 = 2 2 cos π 65535 × 2 n 2 .  

И наконец, используя радикальные формы величин из разделов выше, и применяя правило cos ( a b ) = cos a × cos b + sin a × sin b   по индукции, получаем -

cos π 4294967295 × 2 0 = 2 + 2 cos ( π 65535 π 65537 ) 2  ; sin π 4294967295 × 2 0 = 2 2 cos ( π 65535 π 65537 ) 2 ;  
cos π 4294967295 × 2 n + 1 = 2 + 2 cos π 4294967295 × 2 n 2  ; sin π 4294967295 × 2 n + 1 = 2 2 cos π 4294967295 × 2 n 2 .  

Радикальная форма раскрытия, приведённого выше, очень велика, следовательно, выражена проще (как выше).

n × π(5 × 2m)Править

 
Хорда(36°) = ab = 1φ, то есть, числу, обратному золотому сечению, из неравенства Птолемея

Геометрический методПравить

Применяя неравенство Птолемея ко вписанному четырёхугольнику ABCD, определённому четырьмя последовательными вершинами пятиугольника, находим, что:

crd 36 = crd ( A D B ) = a b = 2 1 + 5 = 5 1 2  

что равно обратному числу 1φ по отношению к золотому сечению. crd — функция длины хорды,

crd   θ = 2 sin θ 2 .  

А значит,

sin 18 = 1 1 + 5 = 5 1 4 .  

(Также можно обойтись и без неравенства Птолемея. Обозначим за X пересечение AC и BD, и заметим, что треугольник AXB равнобедренный, а значит, AX = AB = a. Треугольники AXD и CXB подобны, так как AD параллельно BC. Значит, XC = a·(ab). Но AX + XC = AC, а значит, a + a2b = b. Решив полученное, имеем, что ab = 1φ, как и получено ранее).

Точно так же

crd   108 = crd ( A B C ) = b a = 1 + 5 2 ,  

а значит,

sin 54 = cos 36 = 1 + 5 4 .  

Алгебраический методПравить

Если θ равно 18° или −54°, то 2θ и 3θ сводятся к 5θ = 90° или −270°, значит, sin 2 θ = cos 3 θ  .

( 2 sin θ ) cos θ = sin 2 θ = cos 3 θ = 4 cos 3 θ 3 cos θ = ( 4 cos 2 θ 3 ) cos θ = ( 1 4 sin 2 θ ) cos θ  
Далее, 4 sin 2 θ + 2 sin θ 1 = 0  , что значит sin θ = sin ( 18 , 54 ) = 1 ± 5 4 .  

Следовательно,

sin ( 18 ) = cos ( 72 ) = 5 1 4   и sin ( 54 ) = cos ( 36 ) = 5 + 1 4   и
sin ( 36 ) = cos ( 54 ) = 10 2 5 4   и sin ( 72 ) = cos ( 18 ) = 10 + 2 5 4 .  

Также формулы кратного угла для функций от 5x, где x ∈ {18, 36, 54, 72, 90} и 5x ∈ {90, 180, 270, 360, 450}, могут быть решены для функций от x, так как мы знаем значения функций от 5x. Далее следуют формулы кратного угла:

sin 5 x = 16 sin 5 x 20 sin 3 x + 5 sin x ,  
cos 5 x = 16 cos 5 x 20 cos 3 x + 5 cos x .  
  • Если sin 5x = 0 или cos 5x = 0, обозначим y = sin x или y = cos x и решим уравнение для y:
16 y 5 20 y 3 + 5 y = 0.  
Один из корней равен 0, так что полученное уравнение четвёртой степени может быть решено как квадратное для y2.
  • Если же sin 5x = 1 или cos 5x = 1, опять-таки обозначим y = sin x или y = cos x и решим уравнение для y:
16 y 5 20 y 3 + 5 y 1 = 0 ,  
что мы рассматриваем как:
( y 1 ) ( 4 y 2 + 2 y 1 ) 2 = 0.  

n ×  π  20Править

9° = 45 − 36 и 27° = 45 − 18; так что можно использовать формулу разности для синуса и косинуса.

n ×  π  30Править

6° = 36 − 30, 12° = 30 − 18, 24° = 54 − 3, и 42° = 60 − 18; так что можно использовать формулу разности для синуса и косинуса.

n ×  π  60Править

3° = 18 − 15, 21° = 36 − 15, 33° = 18 + 15 и 39° = 54 − 15, так что можно использовать формулу разности (или суммы) для синуса и косинуса.

Способы упрощения выраженийПравить

Рационализация знаменателяПравить

  • Если знаменатель является корнем натуральной степени n > 1, числитель и знаменатель нужно умножить на этот радикал в степени n − 1: 1 3 = 3 3  .
  • В общем случае если знаменатель — алгебраическое число второй степени (комплексное число вида q ± r  , где q и r рациональны), то числитель и знаменатель нужно умножить на сопряжённое ему число: 1 1 + 3 = 1 3 ( 1 + 3 ) ( 1 3 ) = 1 3 2 .  
  • В некоторых случаях знаменатель нужно рационализировать больше одного раза:
    • csc 2 π 5 = 4 10 + 2 5 = 4 10 2 5 ( 10 + 2 5 ) ( 10 2 5 ) = 10 2 5 5 = 10 ( 5 5 ) 5 .  
  • А если знаменатель представляет собой алгебраическое число более чем второй степени, то лучше всего будет не умножать на сопряжённые числа (хотя это тоже имеет место), а найти минимальный многочлен этого алгебраического числа, выразить через него многочлен, одним из корней какого является число, обратное этому числу, и найти корни последнего.
    • Дано число sec 2 π 7 = 6 1 + 7 + 21 3 i 2 3 + 7 21 3 i 2 3 .   Обратная к нему величина, умноженная на 2, является корнем многочлена b 3 + b 2 2 b 1   (это было показано выше). Тогда сам секанс, делённый на 2, — корень многочлена ( b 3 + b 2 2 b 1 1 ) b 3  , и в итоге sec 2 π 7 = 2 3 ( 2 + 7 + 21 3 i 2 3 + 7 21 3 i 2 3 ) .  

Превращение дроби в сумму (разность) двух (или более) дробейПравить

Иногда помогает разбиение одной дроби на сумму нескольких и дальнейшее их упрощение по отдельности.

Возведение в квадрат и извлечение квадратного корняПравить

Этот план может помочь, если выражение состоит из одного составного члена и в нём присутствует только один тип радикала. Возведите член в квадрат, сложите как члены и извлеките квадратный корень. Этот способ может оставить вложенные радикалы, но часто такое выражение проще первоначального.

Упрощение выражений с вложенными радикаламиПравить

В основном вложенные радикалы не упрощаются. Но если

a ± b c  

где a, b и c — рациональные числа, получаем, что

R = a 2 b 2 c  

рационально, затем оба выражения

d = a + R 2  и  e = a R 2  

рациональны; следовательно

a ± b c = d ± e .  

Например,

4 sin 18 = 6 2 5 = 5 1.  
4 sin 15 = 2 2 3 = 2 ( 3 1 ) .  

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Bradie, Brian. Exact values for the sine and cosine of multiples of 18°: A geometric approach (англ.) // The College Mathematics Journal  (англ.) (рус. : magazine. — 2002. — September (vol. 33, no. 4). — P. 318—319. — doi:10.2307/1559057. — JSTOR 1559057.
  2. trigonometry - Method to find $\sin (2\pi/7)$  (неопр.). Mathematics Stack Exchange. Дата обращения: 30 марта 2021. Архивировано 28 сентября 2015 года.
  3. How to prove that [math]\cos\left(\frac{2\pi}{17}\right)=\frac{-1+\sqrt{17}+\sqrt{34-2\sqrt{17}}+2\sqrt{17+3\sqrt{17}-\sqrt{34-2\sqrt{17}}-2\sqrt{34+2\sqrt{17}}}}{16} [/math] - Quora  (неопр.). www.quora.com. Дата обращения: 3 апреля 2021.

СсылкиПравить