Beweisarchiv: Geometrie: Trigonometrie: Additionstheoreme: Sinus

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Additionstheoreme (Sinus)

Beweis für:

sin⁡(α±β)=sin⁡α⋅cos⁡β±sin⁡β⋅cos⁡α


Im rechtwinkligen Dreieck △AOB ist

(1)  sin⁡(α+β)=AB‾1=AB‾

Im rechtwinkligen Dreieck △BOD ist

(2)  sin⁡β=BD‾1=BD‾

und

(3)  cos⁡β=OD‾1=OD‾

Im rechtwinkligen Dreieck △OCD ist

(4.1) sin⁡α=CD‾OD‾

(3) eingesetzt

(4.2) sin⁡α=CD‾cos⁡β

(4.3) sin⁡α⋅cos⁡β=CD‾


Zwischenbeweis:

Die Dreiecke △BSD und △OSA sind beide rechtwinklig
und deshalb sind ∠BSD=∠OSA Scheitelwinkel und daher ist auch

(5.0) ∠SOA=∠SBD=α


Im rechtwinkligen Dreieck △EDB gilt

(5.1) cos⁡α=BE‾BD‾

(2) eingesetzt

(5.2) cos⁡α=BE‾sin⁡β

(5.3) sin⁡β⋅cos⁡α=BE‾


(6.1) AB‾=CD‾+BE‾

(4.3) und (5.3) eingesetzt

(6.2) AB‾=sin⁡α⋅cos⁡β+sin⁡β⋅cos⁡α

in (1) eingesetzt

(7) sin⁡(α+β)=sin⁡α⋅cos⁡β+sin⁡β⋅cos⁡α


Wenn Winkel β negativ:

(8)  sin⁡(α−β)=sin⁡α⋅cos⁡(−β)+sin⁡(−β)⋅cos⁡α

(9a) cos⁡(−β)=+cos⁡β

und

(9b) sin⁡(−β)=−sin⁡β

eingesetzt in (8)

(10) sin⁡(α−β)=sin⁡α⋅cos⁡β−sin⁡β⋅cos⁡α

(7) und (10) zusammengefasst

(11)  sin⁡(α±β)=sin⁡α⋅cos⁡β±sin⁡β⋅cos⁡α


Daraus ergibt sich auch für den doppelten Winkel

bei α=β

(12)  sin⁡2α=sin⁡α⋅cos⁡α+sin⁡α⋅cos⁡α

(13)  sin⁡2α=2sin⁡α⋅cos⁡α


Halbwinkelformel

Aus Additionstheoreme (Kosinus)

Formel (15.2):  cos⁡2α=1−2sin2α

wenn:   α=φ2

(14) cos⁡φ=1−2sin2φ2

aufgelöst nach:   sin2φ2

(15.1)  sin2φ2=1−cos⁡φ2

oder

(15.2)  sin⁡φ2=1−cos⁡φ2

Additionstheoreme (Sinus)

Beweis für

sin⁡(α±β)=sin⁡(α)⋅cos⁡(β)±sin⁡(β)⋅cos⁡(α)

Für den Beweis werden die Beziehungen
sin⁡(α)=12⋅𝗂⋅(𝖾𝗂⋅α−𝖾−𝗂⋅α)cos⁡(α)=12⋅(𝖾𝗂⋅α+𝖾−𝗂⋅α)
verwendet.

Es gilt:
sin⁡(α±β)=sin⁡(α)⋅cos⁡(β)±sin⁡(β)⋅cos⁡(α)=12⋅𝗂⋅(𝖾𝗂⋅α−𝖾−𝗂⋅α)⋅12⋅(𝖾𝗂⋅β+𝖾−𝗂⋅β)±12⋅𝗂⋅(𝖾𝗂⋅β−𝖾−𝗂⋅β)⋅12⋅(𝖾𝗂⋅α+𝖾−𝗂⋅α)=14⋅𝗂⋅((𝖾𝗂⋅α−𝖾−𝗂⋅α)⋅(𝖾𝗂⋅β+𝖾−𝗂⋅β)±(𝖾𝗂⋅β−𝖾−𝗂⋅β)⋅(𝖾𝗂⋅α+𝖾−𝗂⋅α))=14⋅𝗂⋅(𝖾𝗂⋅(α+β)+𝖾𝗂⋅(α−β)−𝖾−𝗂⋅(α−β)−𝖾−𝗂⋅(α+β)±𝖾𝗂⋅(α+β)±𝖾−𝗂⋅(α−β)∓𝖾𝗂⋅(α−β)∓𝖾−𝗂⋅(α+β))=14⋅𝗂⋅((1±1)⋅𝖾𝗂⋅(α+β)+(1∓1)⋅𝖾𝗂⋅(α−β)−(1∓1)⋅𝖾−𝗂⋅(α−β)−(1±1)⋅𝖾−𝗂⋅(α+β))=12⋅𝗂⋅(𝖾𝗂⋅(α±β)−𝖾−𝗂⋅(α±β))
Die Umformung zum vorletzten Schritt ist zulässig, da entweder (1±1)⋅𝖾±𝗂⋅(α+β) oder (1∓1)⋅𝖾±𝗂⋅(α−β) auftritt.

Wikipedia-Verweise

Additionstheoreme


en:Trigonometry/Sum and Difference Formulas it:Trigonometria/Formule goniometriche pt:Matemática elementar/Trigonometria/Adição, subtração, duplicação e bissecção de arcos