平面直角坐标系中的旋转公式_【数理之路】初中范围推导三角函数倍角正弦公式...

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       三角函数是基本初等函数之一,也是中学阶段很重要的一部分内容。初中阶段以直角三角形为基础,认识和了解锐角三角函数,而高中则是广义的三角函数,在平面直角坐标系中定义三角函数,可以是任意角的三角函数。

      三角函数有很多公式,如倍角正弦公式:sin2θ=2sinθcosθ。小编曾在初中范围内推导出该公式。本文先回顾以前几种推导,由于极限在初中范围,假设2θ是不超过的90°角,其实只要学了广义的三角函数,我们的下面的推导可以打破直角的界限。

      构造倍角,小编想到的是同弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半、等腰三角形三线合一以及菱形的对角线平分一组对角,下面一一推导:

同弧所对的圆心角是它所对的圆周角的二倍

假设圆的半径是1,构造单位圆:若∠P=θ,过点P作一半径为1的圆与∠P的两边分别交于点B、C,为构造直角三角形和二倍角2θ,作直径AB,连接AC、OC、BC,过点C作CD⊥AB于点D,

则∠A=∠P=θ,∠COB=2θ,∠ACB=∠CDO=90°,

OA=OB=OC=1,

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故 AB=OA+OB=2,AC=AB●cosθ=2cosθ,

BC=AB●sinθ=2sinθ,CD=OC●sin2θ=sin2θ ;

根据 Rt∆ABC 的面积,我们易有:

AB●CD=AC●BC=2SABC

即 2sin2θ=2sinθ×2cosθ,

故 sin2θ=2sinθcosθ 。证毕。

等腰三角形三线合一

构造等腰∆ABC,使AB=AC=1,∠BAC=2θ,过点A作AD⊥BC于点D,∠BAD=θ,过点B作BE⊥AC于点E,

则 BD=AB●sinθ=sinθ,

BC=2BD=2sinθ,AD=AB●cosθ=cosθ,

BE=AB●sin2θ=sin2θ ;

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而 

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证毕。

菱形的对角线平分一组对角

构造菱形ABCD,使其边长为1,且∠BAC=2θ,作对角线AC、BD,过点D作DE⊥AB于点E;则AB=AD=1,∠BAO=θ;

从而 BO=AB●sinθ=sinθ,

AO=AB●cosθ=cosθ,

DE=AD●sin2θ=sin2θ ;

类似于上一种推导,由菱形的面积可得:

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证毕。

      以上三种推导,是小编以前想到的,近来从直角三角形三角函数最初的意义重新推导,寻找某些特殊边的几何意义,从而得到下面的证明:

矩形对角线形成的等腰三角形和直角三角形

矩形ABCD中,CD=a,AD=b,AC=c,∠DAC=θ,过点D作DE⊥AC于点E;易得∆AOD是等腰三角形,∠ODA=∠DAC=θ,

则 ∠DOC=∠ODA+∠DAC=2θ;

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证毕。

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     关于这个推导,我们继续尝试是否可以继续简化,矩形在左下角的Rt∆ABC几乎没有这么涉及,因此我们只需做出直角三角形以及直角三角形斜边上的高以及中线,并根据斜边上的中线等于斜边的一半,问题可以迎刃而解!

       或许通过下面这个图形,

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你可以很容易得出结论!

      平面几何或许比较简单,但是一些基础图形中或许隐含了我们尚未发现的性质,或者通过一定的构造可以找出一些往后要学习的性质,可能这样有时会很有趣。

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