两角差的余弦公式推导如下:
向量法
取直角坐标系,作单位圆。
取点A,连接OA,与X轴的夹角为α。
取点B,连接OB,与X轴的夹角为β。
OA与OB的夹角即为α-β。
根据向量数量积的定义,有:
\[
\vec{OA} \cdot \vec{OB} = |\vec{OA}| |\vec{OB}| \cos(\alpha - \beta)
\]
其中,\( \vec{OA} = (\cos\alpha, \sin\alpha) \),\( \vec{OB} = (\cos\beta, \sin\beta) \)。
因此:
\[
\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha \cos\beta + \sin\alpha \sin\beta
\]
复数法
利用复数的乘法,有:
\[
(\cos\alpha + i \sin\alpha)(\cos\beta + i \sin\beta) = \cos(\alpha + \beta) + i \sin(\alpha + \beta)
\]
同时,利用复数的共轭性质:
\[
(\cos\alpha - i \sin\alpha)(\cos\beta - i \sin\beta) = \cos(\alpha - \beta) + i \sin(\alpha - \beta)
\]
比较实部,得到:
\[
\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha \cos\beta + \sin\alpha \sin\beta
\]
几何法
在单位圆上,作角α和角β,使角α的终边交圆于点P1,角β的终边交圆于点P2。
作角-β,使角-β的终边交圆于点P4。
连接P1P4和P2P4,利用两点间距离公式,得到:
\[
|P1P4| = |P2P3|
\]
展开并整理,得到:
\[
\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha \cos\beta + \sin\alpha \sin\beta
\]
这些方法都可以推导出两角差的余弦公式:
\[
\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha \cos\beta + \sin\alpha \sin\beta
\]
这个公式在三角学和几何学中具有广泛的应用,是三角函数恒等变换的基础。