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Trigonometry · real student question

化簡 sin A / cot A − csc A · sin A。

Question

化簡

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

(第二個函數也寫作 cosec⁡A\operatorname{cosec} A)。

Step-by-step solution

  1. 把每個倒數函數都換成正弦與餘弦。 cot⁡\cot 和 csc⁡\csc 混在一起時,唯一可靠的第一步就是把兩者都用 sin⁡\sin 與 cos⁡\cos 寫出來:cot⁡A=cos⁡Asin⁡A,csc⁡A=1sin⁡A.\cot A=\frac{\cos A}{\sin A},\qquad \csc A=\frac{1}{\sin A}. 這樣所有東西都落在同一種語言裡,該約掉的地方也就看得見了。

  2. 化簡第一項。 除以一個分數就是乘上它的倒數: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}. 它等價於 sin⁡Atan⁡A\sin A\tan A,這個形式值得認得。

  3. 化簡第二項。 csc⁡A sin⁡A=1sin⁡A⋅sin⁡A=1,\csc A\,\sin A=\frac{1}{\sin A}\cdot\sin A=1, 在 sin⁡A≠0\sin A\neq 0 的地方都成立。倒數函數乘上它自己所對應的函數永遠是 11——這就是倒數恆等式的全部內容。

  4. 把兩個結果合起來。 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}, 所以精簡地寫就是 sin⁡Atan⁡A−1\sin A\tan A-1。畢氏恆等式在這裡幫不上忙,因為分子把 sin⁡2A\sin^{2}A 和一次方的 cos⁡A\cos A 混在一起了。

  5. 寫出定義域並代值檢查。 這個結果需要 sin⁡A≠0\sin A\neq 0(cot⁡\cot 與 csc⁡\csc 才存在)以及 cos⁡A≠0\cos A\neq 0(商才有定義),所以 AA 必須避開 π2\tfrac{\pi}{2} 的所有倍數。取 A=π3A=\tfrac{\pi}{3} 測試: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,而化簡後的形式給出 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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