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一個三角不等式的簡單證明

教育 更新时间:2025-01-22 16:59:58

一道高中三角題-證明一個恒等式

求證下面的恒等式成立:

sin3x=4sinx sin(60∘−x) sin(60∘ x)

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)1

證明:首先我們要證明一個引理,即下列三角恒等式成立:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)2

在三角中有如下的恒等變換:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)3

因此利用上述公式:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)4

回到本題設α=x,β=x 120∘,γ=x−120那麼原式變成:

sinx sin(x 120∘) sin(x−120∘)−sin3x=4sinxsin(x 60∘)sin(x−60∘),

這裡暗含着若給定的等式成立,則要證明:

sinx sin(x 120∘) sin(x−120∘)=0.

最簡單的方法是利用複數的歐拉定理,參見複數的歐拉定理:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)5

In complex numbers, the three cube roots of unity add up to 0:

在複數中單位1的三個立方根的和為0:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)6

此等式兩邊乘以任何數都是零,因此同乘以e的ix幂:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)7

對于複數為0,說明實數部分和虛數部分都是0, 應用歐拉公式有:

sinx sin(x π3) sin(x−π3)=0.

因此給定的式子證明完畢。

實際上利用三角的和差化積公式也可以證明,

sinx sin(x 120∘) sin(x−120∘)=0.

這裡隻是提供了另一種思路把知識點連接起來。

由于公式:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)8

是針對任意的角度α,β,γ都成立。

如果在三角形中α β γ=π,

那麼有(α β)/2=π/2-γ/, 依此類推,帶入有:

一個三角不等式的簡單證明(一道高中三角題-證明一個恒等式)9

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