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Trigonometry · real student question

化简 sin A / cot A − csc A · sin A。

Question

化简

sin⁡Acot⁡A−csc⁡A sin⁡A\frac{\sin A}{\cot A}-\csc A\,\sin A

(第二个函数也写作 cosec⁡A\operatorname{cosec} A。)

Step-by-step solution

  1. 先把所有倒数函数都换成正弦和余弦。 cot⁡\cot 和 csc⁡\csc 混在一起时,唯一稳妥的第一步就是把它们都用 sin⁡\sin 和 cos⁡\cos 表示:cot⁡A=cos⁡Asin⁡A,csc⁡A=1sin⁡A.\cot A=\frac{\cos A}{\sin A},\qquad \csc A=\frac{1}{\sin A}. 这样整个式子就统一成一种"语言",该约掉的地方一眼就能看见。

  2. 化简第一项。 除以一个分数等于乘它的倒数:sin⁡Acot⁡A=sin⁡Acos⁡Asin⁡A=sin⁡A⋅sin⁡Acos⁡A=sin⁡2Acos⁡A.\frac{\sin A}{\cot A}=\frac{\sin A}{\dfrac{\cos A}{\sin A}}=\sin A\cdot\frac{\sin A}{\cos A}=\frac{\sin^{2}A}{\cos A}. 它也等于 sin⁡Atan⁡A\sin A\tan A,这个形式值得记住。

  3. 化简第二项。 csc⁡A sin⁡A=1sin⁡A⋅sin⁡A=1,\csc A\,\sin A=\frac{1}{\sin A}\cdot\sin A=1, 只要 sin⁡A≠0\sin A\neq 0 就成立。一个倒数函数乘上它自己对应的函数永远得 11——倒数关系讲的就是这件事。

  4. 把两个结果合起来。 sin⁡Acot⁡A−csc⁡A sin⁡A=sin⁡2Acos⁡A−1=sin⁡2A−cos⁡Acos⁡A,\frac{\sin A}{\cot A}-\csc A\,\sin A=\frac{\sin^{2}A}{\cos A}-1=\frac{\sin^{2}A-\cos A}{\cos A}, 写紧凑一点就是 sin⁡Atan⁡A−1\sin A\tan A-1。再往下用平方关系也帮不上忙,因为分子里 sin⁡2A\sin^{2}A 和一次的 cos⁡A\cos A 混在一起。

  5. 说明定义域并验算一个值。 结果要求 sin⁡A≠0\sin A\neq 0(这样 cot⁡\cot 和 csc⁡\csc 才有意义),还要求 cos⁡A≠0\cos A\neq 0(分母不为零),所以 AA 必须避开 π2\tfrac{\pi}{2} 的所有整数倍。取 A=π3A=\tfrac{\pi}{3} 检验:原式是 sin⁡60∘cot⁡60∘−csc⁡60∘sin⁡60∘=0.86602540.5773503−1=1.5−1=0.5\dfrac{\sin 60^\circ}{\cot 60^\circ}-\csc 60^\circ\sin 60^\circ=\dfrac{0.8660254}{0.5773503}-1=1.5-1=0.5,化简后的式子给出 0.750.5−1=1.5−1=0.5\dfrac{0.75}{0.5}-1=1.5-1=0.5。

Answer

sin⁡2Acos⁡A−1=sin⁡Atan⁡A−1\frac{\sin^{2}A}{\cos A}-1=\sin A\tan A-1

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