平成10年 9月29日

「水の流れ」の授業展開


<三角関数の加法定理>の図形を用いた証明


【1】sin(α+β)=sinα cosβ +cosαsinβ

    <証明1> A

図ア




図アのように,AB=a,AC=b,BH=c,CH=d,AH=e,
∠BAH=α,∠CAH=β とする。
ここで、面積を考えて、
(1/2)absin(α+β)=(1/2)ce+(1/2)de
両辺を(1/2)ab で割ると、
sin(α+β)=(ce+de)/ab
=(c/a)・(e/b)+(e/a)・(d/b)
= sinα cosβ +cosαsinβ <証明終わり>

   <証明2> A

図イ







図イのように、
∠ ACB=∠ AED=90゜,∠ ABC=α,∠ BAD=β とおくと、
相似な2つの三角形を考えて、△BDE∽△BACより、
(DE/BD)=(AC/BA) ∴AC=(DE/BD)・BA ・・・@
ここで、sin(α+β)=(AC/DA)に@を代入して
=(DE・BA)/(DA・BD)
=DE(AE+EB)/(DA・BD)
=(DE/BD)・(AE/DA)+(BE/BD)・(DE/DA)
=sinα cosβ +cosαsinβ <証明終わり>





【2】 cos(α+β)=cosα cosβ −sinαsinβ

    <証明>

図ア




図アを用いて、三平方の定理と余弦定理より
a^2=c^2+e^2 , b^2=d^2+e^2
cos(α+β)={a^2+b^2−(c+d)^2}/2ab
=( c^2+e^2+d^2+e^2−c^2−2cd−d^2)/2ab
=(e/a)・(e/b)−(c/a)・(d/b)
=cosα cosβ −sinαsinβ <証明終わり>






【3】sin(α−β)=sinα cosβ −cosαsinβ

   <証明> A

図ウ





図ウのように、
∠ ACB=∠ AED=90゜,∠ ADC=α,∠ BAD=β とおくと、
相似な2つの三角形を考えて、△BDE∽△ADCより
(BE/DB)=(AC/DA) ∴AC=(BE/DB)・DA ・・・A
ここで、sin(α−β)=(AC/BA)にAを代入して
=(BE・DA)/(BA・DB)
=BE(AE−ED)/(BA・DB)
=(BE/DB)・(AE/BA)−(DE/DB)・(BE/BA)
=sinα cosβ −cosαsinβ <証明終わり>





【4】 tan(α+β)=(tanα+tanβ)/(1− tanα・tanβ)
    <証明> B

    図エ





図エのように
∠ AHB=∠ AMB=90゜,∠ BAM=α,∠ CAM=∠ CBH=βとおき、
さらに、AM=1としておく。点Aから辺BCに下ろした垂線の足をM、点Bから辺AC
に下ろした垂線の足をH、BHとAMとの交点をPとする。
すると、BM=AMtanα=tanα
CM=AMtanβ=tanβ
PM=BMtanβ=tanα ・tanβ
また、相似な2つの三角形は△AHP∽△BHCなので、
BH/AH=BC/AP=(BM+CM)/(AM−PM)
よって、
tan(α+β)=BH/AH
=(tanα+tanβ)/(1− tanα・tanβ)
<証明終わり>

*<参考文献> 白坂 繁 著 :ENJOYできMATH (金苑書房)

著者の白坂さんのご好意により、全引用させて頂きました。厚くお礼を申しあげます。
尚、e−mail:sirasaka@kagoshima−ct.ac.jp



       皆さん!!  どしどし解答を送ってください。
       岐阜県立海津北高等学校 数学科教諭 水野 隆生
       自宅:mizuryu@aqua.ocn.ne.jp


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