三角恒等式

300px|thumb|单位圆的角度

在数学中，三角恒等式是对出现的所有值都为實变量，涉及到三角函数的等式。这些恒等式在表达式中有些三角函数需要简化的时候是很有用的。一个重要应用是非三角函数的积分：一个常用技巧是首先使用使用三角函数的代换规则，则通过三角恒等式可简化结果的积分。

 符号 

为了避免由于的不同意思所带来的混淆，我們經常用下列兩個表格來表示三角函数的倒数和反函数。另外在表示余割函数時，''有时會寫成比較长的''。

函数反函數倒数中文全寫簡寫中文全寫簡寫中文全寫簡寫正弦sinesin反正弦arcsinearcsin餘割cosecant csc餘弦cosinecos反餘弦arccosinearccos正割secantsec正切tangenttan反正切arctangentarctan餘切cotangentcot餘切cotangentcot反餘切arccotangentarccot正切tangenttan正割secantsec反正割arcsecantarcsec餘弦cosinecos餘割cosecantcsc反餘割arccosecantarccsc正弦sinesin

不同的角度度量适合于不同的情况。本表展示最常用的系统。弧度是缺省的角度量并用在指数函数中。所有角度度量都是无单位的。另外在計算機中角度的符號為D，弧度的符號為R，梯度的符號為G。

+ 相同角度的轉換表 角度單位  值計算機中代號 轉        無 角度        D 弧度         R 梯度        G

 基本關係 
畢達哥拉斯三角恒等式如下：

由上面的平方關係加上三角函數的基本定義，可以導出下面的表格，即每個三角函數都可以用其他五個表達。（严谨地说，所有根号前都应根据实际情况添加正负号）

 函數                                                
 其他函數的基本關係 
正矢、餘矢、半正矢、半餘矢、外正割用於航行。例如半正矢可以計算球體上的兩個點之間的距離，但它們不常用。

 名稱 函數 值Abramowitz and Stegun, p. 78, 4.3.147  正矢, versine   餘的正矢, vercosine  餘矢, coversine  餘的餘矢, covercosine  半正矢, haversine  餘的半正矢, havercosine 半餘矢, hacoversinecohaversine 餘的半餘矢, hacovercosinecohavercosine 外正割，exsecant 外餘割，excosecant 弦函數, chord 純虛數指數函數, cosine and imaginary unit sine 輻角,Argument 弧,Arcarc x 

 对称、移位和周期 

通過檢視單位圓，可確立三角函數的下列性質，這些性質也被稱為誘導公式：

 對稱 
當三角函数反射自某个特定的值，結果經常是另一个其他三角函數。這導致了下列恆等式：
 反射於 反射於 反射於 反射於
 移位和周期 

通過旋轉特定角度移位三角函數，經常可以找到更簡單的表達结果的不同的三角函數。例如通過旋轉、和弧度移位函數。因爲這些函數的周期要麼是要麼是，所以新函數和沒有移位的舊函數完全一樣。

移位移位 移位移位 和的周期, , 和的周期

 角的和差恆等式 
又稱做“和差定理”、“和差公式”或“和角公式”。最簡要的檢定方式是使用歐拉公式。
正弦余弦正切余切正割 余割注意正負號的對應。
根据，以及和差恒等式，可以得到同角的正弦余弦的和差关系，例如，




 正弦與余弦的無限多項和 





這里的""意味著索引遍歷集合的大小為的所有子集的集合。 

在这两个恒等式中出现了在有限多项中不出现的不对称：在每个乘积中，只有有限多个正弦因子和餘有限多个余弦因子。

如果只有有限多项是非零，则在右边只有有限多项是非零，因为正弦因子将变为零，而在每个项中，所有却有限多的余弦因子将是单位一。

 正切的有限多项和 

设，对于。设是变量，，的次基本对称多项式。则



项的数目依赖于。例如，

并以此类推。一般情况可通过数学归纳法证明。

 多倍角公式 
是次切比雪夫多项式是次伸展多项式棣莫弗定理，是虚单位

。

（這個的函數是狄利克雷核。）

 雙倍角、三倍角和半角公式 
這些公式可以使用和差恒等式或多倍角公式来证明。

弦切割 正 餘 降次公式正餘 正餘 正餘

 n倍角公式 
倍角公式（第二类切比雪夫多项式）（第一类切比雪夫多项式）倍遞迴公式、。(遞迴關係)
参见正切半角公式，它也叫做“万能公式”。

 其他函數的倍半角公式 
正矢

餘矢

 幂简约公式 
从解余弦二倍角公式的第二和第三版本得到。

正弦餘弦其他

 餘弦正弦如果是奇數如果是偶數

 数值连乘 

,,

,,

,,

 常見的恆等式 
 积化和差与和差化积恆等式 

數學家韋達在其三角學著作《應用於三角形的數學定律》給出积化和差与和差化积恒等式。积化和差恒等式可以通过展开角的和差恒等式的右手端来证明。

积化和差  和差化积

 平方差公式 

(可藉由積化和差公式+2倍角公式推導而來)

 其他恆等式 
如果，
那么

如果，
那么

如果，
那么

 托勒密定理 
如果（半圆）
那么:

（前三个等式是一般情况；第四个是本质。）

三角函數與雙曲函數的恆等式
利用三角恒等式的指數定義和雙曲函數的指數定義即可求出下列恆等式：

所以

下表列出部分的三角函數與雙曲函數的恆等式：

三角函數雙曲函數

其他恆等式：

 线性组合 
对于某些用途，知道同样周期但不同相位移动的正弦波的任何线性组合是有相同周期但不同相位移动的正弦波是重要的。在正弦和余弦波的线性组合的情况下，我们有

这里的

这个公式也叫辅助角公式或李善兰公式。更一般的说，对于任何相位移动，我们有

这里

而

 反三角函数 

 无限乘积公式 
为了用于特殊函数，有下列三角函数無窮乘積公式Abramowitz and Stegun, p. 75, 4.3.89–90Abramowitz and Stegun, p. 85, 4.5.68–69：













 微積分 

在微積分中，下面陳述的關係要求角用弧度來度量；如果用其他方式比如角度來這些關係會變得更加複雜。如果三角函數以幾何的方式來定義，它們的導數可以通過驗證兩個極限而找到。第一個是：

可以使用單位圓和夾擠定理來驗證。如果用洛必達法則來证明這個極限，那也就用這個極限證明了正弦的导数是餘弦，並因此在應用洛必達法則中使用正弦的導數是餘弦的事實，就是邏輯謬論中的循環論證了。第二個極限是：

使用恆等式驗證。已經確立了這兩個極限，你可以使用導數的極限定義和加法定理來證明和。如果正弦和餘弦函數用它們的泰勒級數來定義，則導數可以通過冪級數逐項微分得到。

結果的三角函數可以使用上述恆等式和微分規則來做微分。

在三角函數積分表中可以找到積分恆等式。

 蘊涵 
三角函數（正弦和餘弦）的微分是同樣兩個函數線性組合的事實在很多數學領域包括微分方程和傅立葉變換中是重要的基本原理。

指数定义
函数反函数

 参见 
 余弦定理
 三角函数
 正弦定理
 正切定理
 中线长公式
 角平分线长公式
 雙曲函數恆等式
 三分之一角公式

 註釋 

 參考文獻 
 引用 

 来源 

 A one-page proof of many trigonometric identities using Euler's formula，by Connelly Barnes.
 Useful Formulae for Hong Kong Advanced Level Examination Pure Mathematics.

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