極化恒等式是高中數學中的一個重要恒等式,它對于理解三角函數和向量之間關系非常重要。以下是極化恒等式的推導:
1. 由向量數量積的定義和性質,可以推導出:
(1) |a+b|^2 = |a|^2 + |b|^2 + 2ab cos
(2) |a-b|^2 = |a|^2 + |b|^2 - 2ab cos
(3) 1/2(|a+b|^2 - |a-b|^2) = ab sin
2. 將(1)和(2)相加并化簡,得到:
|a|^2 + |b|^2 = (|a+b|^2 + |a-b|^2)/2 + (|a+b||a-b|sin)/|a||b|
3. 令θ=,則有:
cosθ = (|a+b|^2 + |a-b|^2)/4 + (|a||b|sinθ)^2
4. 將上式兩邊同時平方,并化簡,得到:
(sinθ)^2 = (|a||b|cosθ - |a|^2)/(|a||b| + |a|^2)
5. 將上式兩邊同時乘以cosθ,并化簡,得到:
(sinθ)^4 = (cosθ)^3 - 3cosθ
6. 將上式兩邊同時乘以cosθ^3,并化簡,得到:
(sinθ)^4cosθ^3 = cosθ^4 - 3cosθ^5
7. 將上式兩邊同時除以cosθ^4,并化簡,得到:
sinθ = 1 - (cosθ)^2/2 + (cosθ)^4/8 - (cosθ)^6/160 + ...
這就是極化恒等式的推導過程。它展示了向量和三角函數之間的密切關系,以及如何通過數學公式來表達這些關系。
題目:
已知平面內兩點$A(1,0),B(0,2)$,點$P$在直線$x = 2$上運動,求點$P$的軌跡方程。
解答:
根據極化恒等式,可得$\overset{\longrightarrow}{OA} \cdot \overset{\longrightarrow}{OB} = x_{1}x_{2} + y_{1}y_{2}$。
已知$A(1,0),B(0,2)$,所以$\overset{\longrightarrow}{OA} = (1,0),\overset{\longrightarrow}{OB} = (0,2)$。
又因為點$P$在直線$x = 2$上運動,所以設$P(2,y)$。
將$P$的坐標代入極化恒等式中,可得$y = 2$。
所以點$P$的軌跡方程為$y = 2$。
這個例題展示了如何使用極化恒等式來解決一個具體的問題。通過將向量和坐標進行適當的代入,我們可以得到問題的解。