Что такое формулы половинного угла в тригонометрии
определение
Формулами половинного угла называют выражение синуса, косинуса, тангенса и котангенса угла α/2 через тригонометрическую функцию данного угла α.
Перечислим их:
- (sin^2left(fracalpha2right)=frac{1-cosleft(alpharight)}2), где (alpha) — любой угол;
- (cos^2left(fracalpha2right)=frac{1+cosleft(alpharight)}2), где (alpha) — любой угол;
- (tan^2left(fracalpha2right)=frac{1-cosleft(alpharight)}{1+cosleft(alpharight)}), где (alphaneqmathrmpi+2mathrmpitimesmathrm z) (z — любое целое число);
- (cot^2left(fracalpha2right)=frac{1+cosleft(alpharight)}{1-cosleft(alpharight)}), где (alphaneq2mathrmpitimesmathrm z) (z — любое целое число).
Все формулы половинного угла даны для вычисления квадрата функции. Выражение решается до конца с помощью нахождения арифметического квадратного корня, т.е.:
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
- (sinleft(fracalpha2right)=pmsqrt{frac{1-cosleft(alpharight)}2});
- (cosleft(fracalpha2right)=pmsqrt{frac{1+cosleft(alpharight)}2});
- (tanleft(fracalpha2right)=pmsqrt{frac{1-cosleft(alpharight)}{1+cosleft(alpharight)}});
- (cotleft(fracalpha2right)=pmsqrt{frac{1+cosleft(alpharight)}{1-cosleft(alpharight)}}).
Знак, стоящий перед ответом, обозначает координатную четверть, в которой находится угол (fracalpha2. )
График:
Доказательство формул половинного угла
Данное доказательно основано на формулах косинуса двойного угла:
(cosleft(alpharight)=1-2timessin^2fracalpha2;)
(cosleft(alpharight)=2timescos^2(fracalpha2)-1.)
И основных тригонометрических тождествах:
(tanleft(fracalpha2right)=frac{sinleft({displaystylefracalpha2}right)}{cosleft({displaystylefracalpha2}right)};)
(cotleft(fracalpha2right)=frac{cosleft(fracalpha2right)}{sinleft(fracalpha2right)}.)
Вывод с доказательством через синус, косинус, тангенс и котангенс
Для доказательства формул синуса и косинуса половинного угла используем формулы косинуса двойного угла.
Решим первое равенство относительно (sin^2left(fracalpha2right)) для выведения синуса
Решим второе уравнение относительно (sin^2left(fracalpha2right)) для выведения косинуса.
Перейдем к приведению тангенса и котангенса половинного угла через тригонометрические тождества.
(tan^2left(fracalpha2right)=frac{sin^2left({displaystylefracalpha2}right)}{cos^2left(fracalpha2right)}=frac{displaystylefrac{1-cosleft(alpharight)}2}{displaystylefrac{1+cos(alpha)}2}=frac{1-cosleft(alpharight)}{1+cosleft(alpharight)} )
(cot^2left(fracalpha2right)=frac{cos^2left({displaystylefracalpha2}right)}{sin^2left(fracalpha2right)}=frac{displaystylefrac{1+cosleft(alpharight)}2}{displaystylefrac{1-cos(alpha)}2}=frac{1+cosleft(alpharight)}{1-cosleft(alpharight)})
ЧТД.
Пример задачи с решением
Задача 1
Косинус угла в 30 градусов равен (frac{sqrt3}2.)
Найдите косинус угла в 15 градусов.
Решение
Воспользуемся формулой половинного угла для косинуса. Получим:
(cos^2left(15^circright)=frac{1+cosleft(30^circright)}2=frac{1+{displaystylefrac{sqrt3}2}}2=frac{2+sqrt3}4.)
Угол в 15 градусов находится в первой координатной четверти. Следовательно, его косинус будет являться положительным.
Ответ:
(cosleft(15^circright)=sqrt{frac{2+sqrt3}4}=frac{sqrt{2+sqrt3}}2.)
Формулы половинного угла (половинного аргумента) – это часть от всех основных тригонометрических формул. Они выражают функции синус, косинус, тангенс, котангенс угла `frac{alpha}2` через эти ж функции аргумента `alpha`. Они, можно сказать, противоположны формулам двойного угла. Ниже приведены все формулы половинных углов, их вывод, а также примеры решения задач с их использованием.
Список всех формул половинного угла
Их можно встретить записанными в двух видах. В первом каждая из тригонометрических функций выражается через радикал:
`sin frac alpha 2=pm sqrt{frac {1-cos alpha}2}`
`cos frac alpha 2=pm sqrt{frac {1+cos alpha}2}`
`tg frac alpha 2=pm sqrt{frac {1-cos alpha}{1+cos alpha}}=` `frac {sin alpha}{1+cos alpha}=frac {1-cos alpha}{sin alpha}`
`ctg frac alpha 2=pm sqrt{frac {1+cos alpha}{1-cos alpha}}=` `frac {sin alpha}{1-cos alpha}=frac {1+cos alpha}{sin alpha}`
Знак «+» или «-» перед корнями зависит от того, в какую из координатных четвертей попадает угол `frac{alpha}2`.
Во втором варианте имеем дело с квадратами тригонометрических функций половинного угла:
`sin^2 frac alpha 2=frac {1-cos alpha}2`
`cos^2 frac alpha 2=frac {1+cos alpha}2`
`tg^2 frac alpha 2=frac {1-cos alpha}{1+cos alpha}`
`ctg^2 frac alpha 2=frac {1+cos alpha}{1-cos alpha}`
Формула синуса и косинуса половинного угла имеет место при любом угле `alpha`.
Формула тангенса половинного угла справедлива для тех углов `alpha`, при которых определен `tg frac alpha 2`, то есть при ` alphanepi+2pi n, n in Z`.
Формула котангенса выполняется для тех `alpha`, при которых определен `ctg frac alpha 2`, то есть при ` alphane 2pi n, n in Z`.
С помощью следующего набора формул можно выразить каждую из тригонометрических функций угла `alpha` через тангенс половинного угла.
`sin alpha= frac{2tgfrac{alpha}{2}}{1 + tg^{2}frac{alpha}{2}},` ` alphane pi +2pi n, n in Z`
`cos alpha= frac{1 — tg^{2}frac{alpha}{2}}{1 + tg^{2}frac{alpha}{2}},` ` alpha ne pi +2pi n, n in Z`
`tg alpha= frac{2tgfrac{alpha}{2}}{1 — tg^{2}frac{alpha}{2}},` ` alpha ne pi +2pi n, n in Z,` ` alpha ne frac{pi}{2}+ pi n, n in Z`
`ctg alpha = frac{1 — tg^{2}frac{alpha}{2}}{2tgfrac{alpha}{2}},` ` alpha ne pi n, n in Z,` `alpha ne pi + 2pi n, n in Z`
Вывод формул половинного угла
Формула косинуса и синуса половинного угла выводится из формул косинуса двойного угла `cos 2alpha=1-2 sin^2 alpha` и `cos 2alpha=2 cos^2 alpha-1`. Запишем их в следующем виде: `cos alpha=1-2 sin^2 frac alpha 2` и `cos alpha=2 cos^2 frac alpha 2-1`. Выразив из первого равенства ` sin frac alpha 2` получим `sin frac alpha 2=pm sqrt{frac {1-cos alpha}2}`. Аналогично разрешив второе равенство относительно ` cos frac alpha 2` в результате будем иметь `cos frac alpha 2=pm sqrt{frac {1+cos alpha}2}`.
Формулы тангенса и котангенса половинного угла можно вывести, используя определения этих функций в виде `tg frac alpha 2=frac{sinfrac alpha 2}{cos frac alpha 2}` и `ctg frac alpha 2=frac{cos frac alpha 2}{sin frac alpha 2}`, а также две уже доказанные выше формулы для синуса и косинуса.
В результате будем иметь: `tg frac alpha 2=frac{sinfrac alpha 2}{cos frac alpha 2}=` `frac{pm sqrt{frac {1-cos alpha}2}}{pm sqrt{frac {1+cos alpha}2}}=` `pm sqrt{frac {1-cos alpha}{1+cos alpha}}` и `ctg frac alpha 2=frac{cosfrac alpha 2}{sin frac alpha 2}=` `frac{pm sqrt{frac {1+cos alpha}2}}{pm sqrt{frac {1-cos alpha}2}}=` `pm sqrt{frac {1+cos alpha}{1-cos alpha}}`.
Примеры использования при решении задач
Пример 1. Найти `cos 15^circ`, если известно, что `cos 30^circ=frac{sqrt3}2`.
Решение. Формула половинного угла для тригонометрической функции косинус имеет вид `cos^2 frac alpha 2=frac {1+cos alpha}2`. Подставив известные значения, имеем `cos^2 15^circ=frac {1+cos 30^circ}2=` `frac{1+frac{sqrt3}2}2=frac{2+sqrt3}4`. Имея значение `cos^2 15^circ`, найдем `cos 15^circ`. Поскольку угол 15 градусов лежит в первой координатной четверти, а косинус в этой четверти имеет знак «+», то `cos 15^circ=sqrt{frac{2+sqrt3}4}=` `frac{sqrt{2+sqrt3}}2`.
Ответ. `cos 15^circ=frac{sqrt{2+sqrt3}}2`.
Пример 2. Вычислить значение выражения `4cos frac {alpha}2+2cos alpha+5`, если `cos alpha=frac {1}8`.
Решение. Используя ту же формулу, что и в первом примере (`cos frac alpha 2=pm sqrt{frac {1+cos alpha}2}`) и известное значение косинуса, упростим выражение: `4sqrt{frac {1+cos alpha}2}+2cos alpha+5=4sqrt{frac {1+frac {1}8}2}+2 cdot frac {1}8+5=` `4sqrt{frac {9}16}+frac{1}4+5=8frac{1}4`.
Ответ. `4cos frac {alpha}2+2cos alpha+5=8frac{1}4`.
Еще несколько примеров с подробным объяснением посмотрите на видео:
В большинстве случаев формулы половинного угла используются при преобразовании тригонометрических выражений.
Материалы по теме:
- Тригонометрические формулы: косинус, синус и тангенс двойного угла
- Формулы понижения степени в тригонометрии: вывод и примеры
- Все формулы по тригонометрии
- Формулы приведения тригонометрических функций
Загрузка…
Определение и формулы половинного угла
Формулы половинного угла (аргумента) представляют собой противоположность формулам двойного угла, так как они выражают синус, косинус, тангенс и котангенс угла [frac{alpha}{2}] при помощи тригонометрических функций угла [a].
Дальше в статье, мы рассмотрим доказательства этих формул, а также примеры их решений.
У этих формул есть ещё одно название, их также называют «формулами понижения степени». Причины такого название кроется в том, что в части слева находится вторая степень синуса и косинуса, а в части справа первая, что означает степень понизилась, но не забывайте, что степени снижается, а аргумент удваивается.
Формулы половинного угла: примеры
Давайте рассмотрим основные тригонометрические формулы половинного угла в тригонометрии.
[
sin ^{2} frac{alpha}{2}=frac{1-cos alpha}{2}
]
[
cos ^{2} frac{alpha}{2}=frac{1+cos alpha}{2}
]
[
tan ^{2} frac{alpha}{2}=frac{1-cos alpha}{1+cos alpha}
]
[
cot ^{2} frac{alpha}{2}=frac{1+cos alpha}{1-cos alpha}
]
Формулы, применяемые как для синуса, так и косинуса половинного угла не зависит от заданного значения угла α. Для тангенса в независимости от угла α определяется следующим видом [tan frac{alpha}{2}], где значение угла a≠π+2π•z, а значение z равняется любому целому числу. Значение выражения 1+cosα не должно быть равно нулю. Формула котангенса угла будет считаться верной, если любой угол α, где имеет место быть половинный угол α в тригонометрии, принимает следующий вид α ≠2π•z.
Самыми важными тригонометрическими формулами половинного угла являются тригонометрических функций с квадратами, которые могут быть выведены и через положительные, и отрицательное значение арифметического квадратного корня. Получаются следующие формулы половинного угла:
[
frac{sin sin alpha}{2}=pm frac{sqrt{1-cos alpha}}{sqrt{2}}, frac{cos cos alpha}{2}=pm frac{sqrt{1+cos alpha}}{sqrt{2}}, quad tan frac{alpha}{2}=frac{sqrt{1-cos alpha}}{sqrt{1+cos alpha}}, cot frac{alpha}{2}=frac{sqrt{1+cos alpha}}{sqrt{1-cos alpha}}
]
Знак «-» свидетельствуют о том, что тригонометрическая функция определяется четвертью угла [frac{alpha}{2}]
Доказательство тригонометрических функций половинного угла
Доказательство тригонометрических формул половинного угла строится на основании формулы косинуса двойного угла [cos alpha=1-2 times frac{alpha}{2}] и [cos alpha=2 times frac{alpha}{2}-1]. Упростим первое выражение по [frac{alpha}{2}], придем к формуле половинного угла в тригонометрии [frac{alpha}{2}=frac{1-cos alpha}{2}], упростим по тому принципу второе выражение [frac{alpha}{2}], получаем выражение [frac{alpha}{2}=frac{1+cos alpha}{2}].
Для доказательства формул половинного угла для тангенса и котангенса угла [frac{alpha}{2}] применим основное тригонометрическое тождество:
[
frac{cot ^{2} alpha}{2}=frac{frac{alpha}{2}}{frac{alpha}{2}}=frac{frac{1-cos alpha}{2}}{frac{1+cos alpha}{2}}=frac{1+cos alpha}{1-cos alpha} text { и }frac{tan ^{2} alpha}{2}=frac{frac{alpha}{2}}{frac{alpha}{2}}=frac{frac{1-cos alpha}{2}}{frac{1+cos alpha}{2}}=frac{1-cos alpha}{1+cos alpha}
]
В основное тригонометрическое тождество нужно подставить тригонометрические формулы половинного угла косинуса и синуса, доказанные выше. При подстановке получаем выражение следующего вида:
[
frac{tan ^{2} alpha}{2}=frac{frac{alpha}{2}}{frac{alpha}{2}}=frac{frac{1-cos alpha}{2}}{frac{1+cos alpha}{2}}=frac{1-cos alpha}{1+cos alpha}
]
[
frac{cot ^{2} alpha}{2}=frac{frac{alpha}{2}}{frac{alpha}{2}}=frac{frac{1-cos alpha}{2}}{frac{1+cos alpha}{2}}=frac{1+cos alpha}{1-cos alpha}
]
Посмотрим применение форму тригонометрического половинного угла на решение примеров.
Рассмотрим первое задание.
Найдите cos15°, если известно, что [cos 30^{circ}=frac{sqrt{3}}{2}].
Решение данного задания.
Воспользуемся формулой половинного угла для функции косинус в тригонометрии имеет следующий вид [frac{cos ^{2} alpha}{2}=frac{1+cos alpha}{2}].
Подставим значения, которая известная, в указанную тригонометрическую формулу:
[15^{circ}=frac{1+cos 30^{circ}}{2}=frac{1+frac{sqrt{3}}{2}}{2}=frac{2+sqrt{3}}{4}]
Так как у нас имеется значение 15°, найдем cos15°.
Так как угол 15° находится в первой координатной четверти, а косинус там имеет положительное значение, то [cos 15^{circ}=frac{sqrt{2+sqrt{3}}}{sqrt{4}}=frac{sqrt{2+sqrt{3}}}{2}]
Ответ: [cos 15^{circ}=frac{sqrt{2+sqrt{3}}}{2}]
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Рассмотрим ещё одно задание.
Необходимо вычислить значение указанного выражения [frac{4 cos alpha}{2}+2 cos alpha+5], где [cos alpha=frac{1}{8}].
Решение:
Нужно использовать ту же самую формулу, которую применяли в первом примере [frac{cos alpha}{2}=pm frac{sqrt{1+cos alpha}}{sqrt{2}}]. Подставим значение косинуса, упростим данное выражение:
[
frac{4 sqrt{1+cos alpha}}{sqrt{2}}+2 cos alpha+5=frac{4 sqrt{1+frac{1}{8}}}{sqrt{2}}+2 times frac{1}{8}+5=frac{4 sqrt{9}}{sqrt{16}}+frac{1}{4}+5=8 frac{1}{4}
]
Ответ: [frac{4 cos alpha}{2}+2 cos alpha+5=8 frac{1}{4}].
Применяя формулы тригонометрического половинного угла, нужно учитывать, что угол может быть и нестандартного вида a2 и a, а его нужно будет привести к такому стандартному виду. Главным пунктом является то, что аргумент в правой части должен быть в два раза больше, чем в левой. В противном случае применить формулу не получится.
Если тождество записано в таком виде [7 alpha=frac{1-cos 14 alpha}{2}] или [frac{5 a}{17}=frac{1-frac{cos cos 10 alpha}{17}}{2}], то формулу применять можно.
Для того чтобы научиться правильно преобразовать и применять описанные выше формулы, нужна пристально изучить тему функции тригонометрических выражений. Не каждое выражение поддается преобразованию. И особое внимание нужно обратить на то, что значение углов тригонометрических функций зависит от их нахождения в разных четвертях для определения положительного и отрицательного знака выражения.
ВИДЕО УРОК
Синус, косинус, тангенс и котангенс половины угла.
Формулы деления аргумента пополам выражают тригонометрические функции
половинного аргумента α/2 через
тригонометрические функции аргумента α.
Синус половины
угла равен плюс или минус квадратному корню из полуразности между единицей и
косинусом целого числа.
Рассмотрим соотношения
В результате почленного вычитания получим:
откуда
ПРИМЕР:
Вычислите sin α/2, если
cos α = – 4/5 и 180° < α < 270°.
РЕШЕНИЕ:
По формуле
Находим
Учитывая, что sin α/2 ˃ 0 при
180°
< α < 270°, то есть
90° < α/2 < 135°, получим
ОТВЕТ:
sin
α/2 ≈ 0,948683.
ПРИМЕР:
Найдём sin 15° без таблицы:
РЕШЕНИЕ:
ОТВЕТ:
Косинус половины угла
равен плюс или минус квадратному корню из полусуммы единицы и косинуса целого
числа.
Складывая почленно равенства
будем иметь:
откуда
ПРИМЕР:
Найдём
sin
α/2, cos
α/2,
если
cos
α = 0,8
и
0 < α < π/2.
РЕШЕНИЕ:
Угол
α/2 находится в
I четверти, поэтому
sin α/2 ˃ 0, cos α/2 ˃ 0.
ОТВЕТ:
sin
α/2 ≈ 0,316,
cos
α/2 ≈ 0,949.
Тангенс половины угла равен плюс или минус корню квадратному из дроби,
числитель которой есть разность между единицей и косинусом целого угла, а
знаменатель есть сумма единицы и косинуса целого угла.
Разделим почленно равенство
на равенство
получим:
ПРИМЕР:
Найдём значение tg 112°30ʹ без
таблиц.
РЕШЕНИЕ:
ОТВЕТ:
tg 112°30ʹ = –1 – √͞͞͞͞͞2.
Котангенс половины угла равен плюс или минус корню квадратному из дроби,
числитель которой есть сумма между единицей и косинусом целого угла, а
знаменатель есть разность единицы и косинуса целого угла.
ПРИМЕР:
Дано: cos α = 49/81.
Найти: sin α/2, cos
α/2.
РЕШЕНИЕ:
Имеем:
ПРИМЕР:
Найти tg α/2, если
cos
α = 0,8
и
0 < α < π/2.
РЕШЕНИЕ:
По формуле
находим:
tg α/2 ˃
0, так как половина острого угла – угол острый, а тангенс острого угла
положительный.
Если
бы, например угол α находился в промежутке между 270° и 360°, то cos α был бы
так же положительным, но тангенс половины этого угла уже был бы отрицательным,
так как
135° < α/2
< 180°,
то есть подвижной радиус, соответствующий углу α/2, расположился бы во второй четверти, поэтому перед корнем в формуле
надо
взять знак минус.
Последний пример поясняет смысл двух знаков ± перед
радикалом в формулах
Знаки
плюс или минус берутся в соответствии с тем, в какой четверти расположится
подвижной радиус половины угла.
Если
же величина угла α, а
следовательно, и α/2 неизвестны, то перед радикалом ставим оба
знака.
Для
тангенса половинного угла можно вывести ещё две формулы.
Если в равенстве
помножить числитель и знаменатель правой части на 2 sin α/2, то получим:
Но
так как
2 sin2 α/2 = 1
– cos α, а
2 sin α/2 cos α/2 = sin α, то
Если же числитель и знаменатель правой части равенства
помножить
на 2 cos α/2, а
затем воспользоваться формулами
2 sin α/2 cos α/2 = sin α,
2 cos2 α/2 = 1
+ cos α
получим:
Применим полученные формулы к предыдущему примеру. Имеем: cos α = 0,8. Пусть угол α – острый. Тогда
откуда по формуле
находим:
По формуле
получим:
Пусть угол α заключён между 270° и 360°, тогда cos α = +0,8, но sin α = –0,6, и для tg α/2 получим:
по другой формуле:
Формулы
были
выведены из таких тождеств:
2 sin2 α/2 = 1
– cos α,
2 cos2 α/2 = 1
+ cos α.
Эти
тождества
1 – cos α = 2
sin2 α/2,
1 + cos α = 2
cos2 α/2.
полезно
помнить, так как ими часто приходится пользоваться при различных
преобразованиях. Эти формулы связывают тригонометрические функции углов, из
которых один вдвое больше другого.
ПРИМЕР:
Привести к простейшему
виду выражение
РЕШЕНИЕ:
Пользуясь формулой
1 + cos 2α = 2 cos2 α
имеем:
ПРИМЕР:
Привести к простейшему
виду выражение
РЕШЕНИЕ:
Пользуясь формулой
sin 2α = 2
sin α cos α
имеем:
ПРИМЕР:
Доказать справедливость
равенства
РЕШЕНИЕ:
Преобразуем левую часть:
а это – правая часть.
Аналогично можно вывести
формулы и для ctg α/2.
Выражение тригонометрических функций угла через тангенс половины этого угла.
Все тригонометрические функции любого угла выражаются
рационально (с
помощью действий сложения, вычитания, умножения, деления и возведения в целую
степень) через тангенс половины этого
угла.
Имеем:
sin α = 2 sin α/2 cos α/2.
Разделим правую часть на
sin2 α/2 + cos2 α/2,
получим:
Числитель и знаменатель правой части делим
на cos2 α/2, получим:
Точно
так же, разделив правую часть тождества
cos
α
= cos2 α/2 – sin2
α/2
на sin2 α/2 + cos2 α/2, получим:
Разделим числитель и знаменатель правой части
на cos2 α/2, будем иметь:
и, наконец,
Так как значения функций sес α и cosес α обратны
по величине соответственным значениям функций
cos α и sin α, то они также рационально
выражаются через tg α/2.
Задания к уроку 23
- Задание 1
- Задание 2
- Задание 3
ДРУГИЕ УРОКИ
- Урок 1. Градусное измерение угловых величин
- Урок 2. Радианное измерение угловых величин
- Урок 3. Основные тригонометрические функции
- Урок 4. Натуральные тригонометрические таблицы
- Урок 5. Периодичность тригонометрических функций
- Урок 6. Область определения и область значения тригонометрических функций
- Урок 7. Знаки тригонометрических функций
- Урок 8. Чётность и нечётность тригонометрических функций
- Урок 9. Тригонометрические функции некоторых углов
- Урок 10. Построение угла по данному значению его тригонометрической функции
- Урок 11. Основные тригонометрические тождества
- Урок 12. Выражение всех тригонометрических функций через одну из них
- Урок 13. Решение прямоугольных и равнобедренных треугольников с помощью тригонометрических функций
- Урок 14. Теорема синусов
- Урок 15. Теорема косинусов
- Урок 16. Решение косоугольных треугольников
- Урок 17. Примеры решения задач по планиметрии с применением тригонометрии
- Урок 18. Решение практических задач с помощью тригонометрии
- Урок 19. Формулы приведения (1)
- Урок 20. Формулы приведения (2)
- Урок 21. Формулы сложения и вычитания аргументов тригонометрических функций
- Урок 22. Формулы двойных и тройных углов (аргументов)
- Урок 24. Формулы преобразования суммы тригонометрических функций в произведение
- Урок 25. Графики функций y = sin x и y = cos x
- Урок 26. Графики функций y = tg x и y = ctg x
- Урок 27. Обратные тригонометрические функции
- Урок 28. Основные тождества обратных тригонометрических функций
- Урок 29. Выражение одной из аркфункций через другие
- Урок 30. Графики обратных тригонометрических функций
- Урок 31. Построение графиков тригонометрических функций методом геометрических преобразований
Half Angle formulas are used to find various values of trigonometric angles such as for 15°, 75°, and others, they are also used to solve various trigonometric problems.
Several trigonometric ratios and identities help in solving problems of trigonometry. The values of trigonometric angles 0°, 30°, 45°, 60°, 90°, and 180° for sin, cos, tan, cosec, sec, and cot are determined using a trigonometry table. Half-Angle formulas are widely used in mathematics, let’s learn about them in detail in this article.
Half-Angle Formulae
For finding the values of angles apart from the well-known values of 0°, 30°, 45°, 60°, 90°, and 180°. Half angles are derived from double angle formulas and are listed below for sin, cos, and tan:
- sin (x/2) = ± [(1 – cos x)/ 2]1/2
- cos (x/2) = ± [(1 + cos x)/ 2]1/2
- tan (x/ 2) = (1 – cos x)/ sin x
Trigonometric identities of double-angle formulas are useful for the derivation of half-angle formulas.
Half Angle Identities
Half-angle identities for some popular trigonometric functions are,
- Half Angle Formula of Sin,
sin A/2 = ±√[(1 – cos A) / 2]
- Half Angle Formula of Cos,
cos A/2 = ±√[(1 + cos A) / 2]
- Half Angle Formula of Tan,
tan A/2 = ±√[1 – cos A] / [1 + cos A]
tan A/2 = sin A / (1 + cos A)
tan A/2 = (1 – cos A) / sin A
Half Angle Formulas Derivation Using Double Angle Formulas
Half-Angle formulas are derived using double-angle formulas. Before learning about half-angle formulas we must learn about Double-angle in Trigonometry, most commonly used double-angle formulas in trigonometry are:
- sin 2x = 2 sin x cos x
- cos 2x = cos2 x – sin2 x
= 1 – 2 sin2x
= 2 cos2x – 1 - tan 2x = 2 tan x / (1 – tan2x)
Now replacing x with x/2 on both sides in the above formulas we get
- sin x = 2 sin(x/2) cos(x/2)
- cos x = cos2 (x/2) – sin2 (x/2)
= 1 – 2 sin2 (x/2)
= 2 cos2(x/2) – 1 - tan A = 2 tan (x/2) / [1 – tan2(x/2)]
Half-Angle Formula for Cos Derivation
We use cos2x = 2cos2x – 1 for finding the Half-Angle Formula for Cos
Put x = 2y in the above formula
cos (2)(y/2) = 2cos2(y/2) – 1
cos y = 2cos2(y/2) – 1
1 + cos y = 2cos2(y/2)
2cos2(y/2) = 1 + cosy
cos2(y/2) = (1+ cosy)/2
cos(y/2) = ± √{(1+ cosy)/2}
Half-Angle Formula for Sin Derivation
We use cos 2x = 1 – 2sin2x for finding the Half-Angle Formula for Sin
Put x = 2y in the above formula
cos (2)(y/2) = 1 – 2sin2(y/2)
cos y = 1 – 2sin2(y/2)
2sin2(y/2) = 1 – cosy
sin2(y/2) = (1 – cosy)/2
sin(y/2) = ± √{(1 – cosy)/2}
Half-Angle Formula for Tan Derivation
We know that tan x = sin x / cos x such that,
tan(x/2) = sin(x/2) / cos(x/2)
Putting the values of half angle for sin and cos. We get,
tan(x/2) = ± [(√(1 – cosy)/2 ) / (√(1+ cosy)/2 )]
tan(x/2) = ± [√(1 – cosy)/(1+ cosy) ]
Rationalising the denominator
tan(x/2) = ± (√(1 – cosy)(1 – cosy)/(1+ cosy)(1 – cosy))
tan(x/2) = ± (√(1 – cosy)2/(1 – cos2y))
tan(x/2) = ± [√{(1 – cosy)2/( sin2y)}]
tan(x/2) = (1 – cosy)/( siny)
Also, Check
- Real-Life Applications of Trigonometry
- Sin Cos Formulas
Solved Examples on Half Angle Formulas
Example 1: Determine the value of sin 15°
Solution:
We know that the formula for half angle of sine is given by:
sin x/2 = ± ((1 – cos x)/ 2) 1/2
The value of sine 15° can be found by substituting x as 30° in the above formula
sin 30°/2 = ± ((1 – cos 30°)/ 2) 1/2
sin 15° = ± ((1 – 0.866)/ 2) 1/2
sin 15° = ± (0.134/ 2) 1/2
sin 15° = ± (0.067) 1/2
sin 15° = ± 0.2588
Example 2: Determine the value of sin 22.5°
Solution:
We know that the formula for half angle of sine is given by:
sin x/2 = ± ((1 – cos x)/ 2) 1/2
The value of sine 15° can be found by substituting x as 45° in the above formula
sin 45°/2 = ± ((1 – cos 45°)/ 2) 1/2
sin 22.5° = ± ((1 – 0.707)/ 2) 1/2
sin 22.5° = ± (0.293/ 2) 1/2
sin 22.5° = ± (0.146) 1/2
sin 22.5° = ± 0.382
Example 3: Determine the value of tan 15°
Solution:
We know that the formula for half angle of sine is given by:
tan x/2 = ± (1 – cos x)/ sin x
The value of tan 15° can be found by substituting x as 30° in the above formula
tan 30°/2 = ± (1 – cos 30°)/ sin 30°
tan 15° = ± (1 – 0.866)/ sin 30
tan 15° = ± (0.134)/ 0.5
tan 15° = ± 0.268
Example 4: Determine the value of tan 22.5°
Solution:
We know that the formula for half angle of sine is given by:
tan x/2 = ± (1 – cos x)/ sin x
The value of tan 22.5° can be found by substituting x as 45° in the above formula
tan 30°/2 = ± (1 – cos 45°)/ sin 45°
tan 22.5° = ± (1 – 0.707)/ sin 45°
tan 22.5° = ± (0.293)/ 0.707
tan 22.5° = ± 0.414
Example 5: Determine the value of cos 15°
Solution:
We know that the formula for half angle of sine is given by:
cos x/2 = ± ((1 + cos x)/ 2) 1/2
The value of sine 15° can be found by substituting x as 30° in the above formula
cos 30°/2 = ± ((1 + cos 30°)/ 2) 1/2
cos 15° = ± ((1 + 0.866)/ 2) 1/2
cos 15° = ± (1.866/ 2) 1/2
cos 15° = ± (0.933) 1/2
cos 15° = ± 0.965
Example 6: Determine the value of cos 22.5°
Solution:
We know that the formula for half angle of sine is given by:
cos x/2 = ± ((1 + cos x)/ 2) 1/2
The value of sine 15° can be found by substituting x as 45° in the above formula
cos 45°/2 = ± ((1 + cos 45°)/ 2) 1/2
cos 22.5° = ± ((1 + 0.707)/ 2) 1/2
cos 22.5° = ± (1.707/ 2) 1/2
cos 22.5° = ± ( 0.853 ) 1/2
cos 22.5° = ± 0.923
FAQs on Half-Angle Formula
Question 1: What is the use of Half-Angle Formulas?
Answer:
Half-Angle formulas are used for finding trigonometric ratios of half of the standard angles such as 15°,22.5° and others. They are also used for solving complex trigonometric equations and are required in solving integrals, and differential equations.
Question 2: What is Half Angle Formula for Sin?
Answer:
Half-Angle formula for sin is
sin A/2 = ±√[(1 – cos A) / 2]
Also, for any triangle with sides a, b, and c and semiperimeter be s, then
sin A/2 = √[(s – b) (s – c) / bc]
Question 3: What is Half Angle Formula for Cosine?
Answer:
Half-angle formula for cos is
cos A/2 = ±√[(1 + cos A)/2]
Also, for any triangle with sides a, b, and c and semiperimeter be s, then
cos (A/2) = √[ s (s – a)/bc]
Question 4: What is the formula for cos θ?
Answer:
For any right-angled triangle, with an angle θ the formula that is used to calculate the Cosine of the angle (θ) is
Cos(θ) = adjacent / hypotenuse