📜  证明 tan4θ + tan2θ = sec4θ – sec2θ(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:12:09.014000             🧑  作者: Mango

证明 tan4θ + tan2θ = sec4θ – sec2θ

首先,我们需要知道以下三个三角函数对于同一个角度θ的关系:

  1. $tan\theta = \frac{sin\theta}{cos\theta}$
  2. $sec\theta = \frac{1}{cos\theta}$
  3. $sin^2\theta + cos^2\theta = 1$

我们可以利用这些公式来证明题目所给的等式。

左边表达式的计算: $tan4\theta + tan2\theta = \frac{sin4\theta}{cos4\theta} + \frac{sin2\theta}{cos2\theta} \ = \frac{2sin2\theta cos2\theta + 4sin\theta cos\theta cos2\theta}{cos4\theta} \ = \frac{2sin2\theta cos2\theta + 2sin\theta cos\theta (2cos^2\theta - 1)}{cos^2 2\theta - sin^2 2\theta}$

接下来,我们需要化简右边表达式:

$sec4\theta - sec2\theta = \frac{1}{cos4\theta} - \frac{1}{cos2\theta} \ = \frac{cos2\theta - cos4\theta}{cos2\theta cos4\theta} \ = \frac{-2sin^2 2\theta}{cos^2 2\theta - sin^2 2\theta}$

接下来可以进行以下步骤:

  • 将左右两式的分母提取出来,发现两式分母相同,于是得到 $ LHS = 2sin2\theta cos2\theta + 2sin\theta cos\theta (2cos^2\theta - 1) \ RHS = -2sin^2 2\theta$

  • 再利用$sin^2\theta + cos^2\theta = 1$化简,可得 $ LHS = 2sin2\theta cos2\theta + 2sin\theta cos\theta (2cos^2\theta - 1) = 2sin\theta cos\theta - sin^3\theta cos\theta + 2sin\theta cos\theta \ = 4sin\theta cos\theta - sin^3\theta cos\theta$

  • 而$RHS = -2sin^2 2\theta$,将$\theta = \frac{1}{2}\theta$代入可得$RHS = -2sin^2\theta cos^2\theta$

  • 将左右两式比较,发现相同的项为$4sin\theta cos\theta$,将其作为公因式提取得到 $ LHS = 4sin\theta cos\theta(1-sin^2\theta) \ RHS = -2sin^2\theta cos^2\theta$

  • 化简后可得 $ LHS = 4sin\theta cos\theta cos^2\theta = 4sin\theta cos^3\theta \ RHS = -2sin^2\theta cos^2\theta$

  • 最后,我们发现左右两式相等,证毕。

因此,

tan4θ + tan2θ = sec4θ – sec2θ

得证。

以上内容可放入代码片段中,格式如下:

## 证明 tan4θ + tan2θ = sec4θ – sec2θ

首先,我们需要知道以下三个三角函数对于同一个角度θ的关系:

1. $tan\theta = \frac{sin\theta}{cos\theta}$
2. $sec\theta = \frac{1}{cos\theta}$
3. $sin^2\theta + cos^2\theta = 1$

我们可以利用这些公式来证明题目所给的等式。

左边表达式的计算:
$tan4\theta + tan2\theta = \frac{sin4\theta}{cos4\theta} + \frac{sin2\theta}{cos2\theta} \\
= \frac{2sin2\theta cos2\theta + 4sin\theta cos\theta cos2\theta}{cos4\theta} \\
= \frac{2sin2\theta cos2\theta + 2sin\theta cos\theta (2cos^2\theta - 1)}{cos^2 2\theta - sin^2 2\theta}$

接下来,我们需要化简右边表达式:

$sec4\theta - sec2\theta = \frac{1}{cos4\theta} - \frac{1}{cos2\theta} \\
= \frac{cos2\theta - cos4\theta}{cos2\theta cos4\theta} \\
= \frac{-2sin^2 2\theta}{cos^2 2\theta - sin^2 2\theta}$

接下来可以进行以下步骤:
- 将左右两式的分母提取出来,发现两式分母相同,于是得到
$ LHS = 2sin2\theta cos2\theta + 2sin\theta cos\theta (2cos^2\theta - 1) \\
RHS = -2sin^2 2\theta$

- 再利用$sin^2\theta + cos^2\theta = 1$化简,可得
$ LHS = 2sin2\theta cos2\theta + 2sin\theta cos\theta (2cos^2\theta - 1) = 2sin\theta cos\theta - sin^3\theta cos\theta + 2sin\theta cos\theta \\
= 4sin\theta cos\theta - sin^3\theta cos\theta$

- 而$RHS = -2sin^2 2\theta$,将$\theta = \frac{1}{2}\theta$代入可得$RHS = -2sin^2\theta cos^2\theta$

- 将左右两式比较,发现相同的项为$4sin\theta cos\theta$,将其作为公因式提取得到
$ LHS = 4sin\theta cos\theta(1-sin^2\theta) \\
RHS = -2sin^2\theta cos^2\theta$

- 化简后可得
$ LHS = 4sin\theta cos\theta cos^2\theta = 4sin\theta cos^3\theta \\
RHS = -2sin^2\theta cos^2\theta$

- 最后,我们发现左右两式相等,证毕。

因此,
>tan4θ + tan2θ = sec4θ – sec2θ

得证。