EssayAI
Блог
Блог
Математика и алгоритмы

Синус и косинус суммы трёх углов: вывод и формулы

11 июня 2026Время чтения: 7 минут
#синус суммы углов#косинус суммы углов#формулы сложения тригонометрия#тригонометрия суммы трёх углов#единичная окружность
Синус и косинус суммы трёх углов: вывод и формулы

Формулы синуса и косинуса суммы двух углов проходят почти в каждом курсе тригонометрии, а вот что делать, если углов три, обычно приходится выводить самому. Никакой отдельной "третьей" формулы запоминать не нужно: результат получается двукратным применением обычных формул сложения, только слагаемых становится больше, и в них легко запутаться со знаками. Ниже разберём вывод по шагам, соберём итоговые формулы для синуса и косинуса суммы трёх углов и разберём, где чаще всего ошибаются. Чтобы сразу увидеть, как складываются слагаемые и как каждый угол дальше поворачивает точку на окружности, подвигайте калькулятор ниже, а потом сверьте вычисления с разбором формулы.

Как вывести формулу синуса суммы трёх углов

Идея простая: сумму трёх углов α+β+γ\alpha + \beta + \gamma представляем как сумму двух слагаемых, (α+β)(\alpha+\beta) и γ\gamma, и применяем обычную формулу синуса суммы:

sin(α+β+γ)=sin((α+β)+γ)=sin(α+β)cosγ+cos(α+β)sinγ.\sin(\alpha+\beta+\gamma) = \sin\big((\alpha+\beta)+\gamma\big) = \sin(\alpha+\beta)\cos\gamma + \cos(\alpha+\beta)\sin\gamma.
На единичной окружности луч сначала поворачивается на угол α, затем ещё на β (промежуточная сумма α+β), затем ещё на γ - итоговая точка отмечает sin и cos суммы всех трёх углов

Осталось раскрыть sin(α+β)\sin(\alpha+\beta) и cos(α+β)\cos(\alpha+\beta) по обычным формулам сложения для двух углов:

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ,cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ.\sin(\alpha+\beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta, \qquad \cos(\alpha+\beta) = \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta.

Подставляем оба выражения в первую строку и раскрываем скобки:

sin(α+β+γ)=(sinαcosβ+cosαsinβ)cosγ+(cosαcosβsinαsinβ)sinγ=sinαcosβcosγ+cosαsinβcosγ+cosαcosβsinγsinαsinβsinγ.\begin{aligned} \sin(\alpha+\beta+\gamma) &= (\sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta)\cos\gamma + (\cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta)\sin\gamma \\ &= \sin\alpha\cos\beta\cos\gamma + \cos\alpha\sin\beta\cos\gamma + \cos\alpha\cos\beta\sin\gamma - \sin\alpha\sin\beta\sin\gamma. \end{aligned}

Это и есть итоговая формула. У неё ровно четыре слагаемых: три с одним синусом и двумя косинусами (плюс), и одно с тремя синусами (минус). Такую структуру удобно запомнить как правило: "нечётное число синусов даёт плюс, кроме случая всех трёх синусов сразу, там минус".

Формула косинуса суммы трёх углов

Косинус выводится тем же приёмом, только с формулой косинуса суммы на первом шаге:

cos(α+β+γ)=cos((α+β)+γ)=cos(α+β)cosγsin(α+β)sinγ.\cos(\alpha+\beta+\gamma) = \cos\big((\alpha+\beta)+\gamma\big) = \cos(\alpha+\beta)\cos\gamma - \sin(\alpha+\beta)\sin\gamma.

Снова подставляем sin(α+β)\sin(\alpha+\beta) и cos(α+β)\cos(\alpha+\beta) из формул сложения для двух углов и раскрываем скобки:

cos(α+β+γ)=(cosαcosβsinαsinβ)cosγ(sinαcosβ+cosαsinβ)sinγ=cosαcosβcosγsinαsinβcosγsinαcosβsinγcosαsinβsinγ.\begin{aligned} \cos(\alpha+\beta+\gamma) &= (\cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta)\cos\gamma - (\sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta)\sin\gamma \\ &= \cos\alpha\cos\beta\cos\gamma - \sin\alpha\sin\beta\cos\gamma - \sin\alpha\cos\beta\sin\gamma - \cos\alpha\sin\beta\sin\gamma. \end{aligned}

Здесь тоже четыре слагаемых, но знаки распределены иначе: плюс только у слагаемого с тремя косинусами, а у всех слагаемых с чётным числом синусов (по одному синусу в каждом из трёх оставшихся) стоит минус. Если сравнить обе формулы, видно закономерность: у синуса минус получает слагаемое с тремя синусами, у косинуса плюс получает слагаемое с тремя косинусами, а остальные слагаемые меняют знак на противоположный тому, что "естественно" ожидать по количеству синусов.

Геометрический смысл на единичной окружности

Проще всего увидеть формулу не через алгебру, а через саму окружность. Отложим угол α\alpha, из этой точки повернём ещё на β\beta (попадём в точку, отвечающую углу α+β\alpha+\beta), а из неё довернём ещё на γ\gamma. Координаты финальной точки как раз и есть (cos(α+β+γ), sin(α+β+γ))(\cos(\alpha+\beta+\gamma),\ \sin(\alpha+\beta+\gamma)).

Единичная окружность с тремя векторами: α, промежуточная сумма α+β и итоговый угол α+β+γ - каждый следующий вектор доворачивает предыдущий на очередное слагаемое
Единичная окружность с тремя векторами: α, промежуточная сумма α+β и итоговый угол α+β+γ - каждый следующий вектор доворачивает предыдущий на очередное слагаемое

Такая картинка объясняет, почему при трёх слагаемых формула "разрастается": каждый следующий поворот приходится раскладывать по компонентам предыдущего результата, и число комбинаций растёт как 23=82^3 = 8 произведений (по три множителя в каждом), которые затем группируются в четыре слагаемых с учётом знака.

Пример вычисления для углов 30°, 45° и 60°

Возьмём конкретные углы: α=30°\alpha = 30°, β=45°\beta = 45°, γ=60°\gamma = 60°. Их сумма равна 135°135°, поэтому результат можно проверить напрямую: sin135°=22\sin 135° = \dfrac{\sqrt2}{2}, cos135°=22\cos 135° = -\dfrac{\sqrt2}{2}. Посмотрим, даёт ли формула то же самое.

Синусы и косинусы исходных углов: sin30°=0,5\sin 30° = 0{,}5, cos30°=320,866\cos 30° = \dfrac{\sqrt3}{2} \approx 0{,}866, sin45°=cos45°=220,707\sin 45° = \cos 45° = \dfrac{\sqrt2}{2} \approx 0{,}707, sin60°=320,866\sin 60° = \dfrac{\sqrt3}{2} \approx 0{,}866, cos60°=0,5\cos 60° = 0{,}5.

Подставляем в формулу синуса суммы трёх углов:

sin(30°+45°+60°)0,50,7070,5+0,8660,7070,5+0,8660,7070,8660,50,7070,8660,7071.\sin(30°+45°+60°) \approx 0{,}5 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}5 + 0{,}866 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}5 + 0{,}866 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}866 - 0{,}5 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}866 \approx 0{,}7071.

Это в точности 220,7071\dfrac{\sqrt2}{2} \approx 0{,}7071, значение sin135°\sin 135°. Так же проверяется и косинус:

cos(30°+45°+60°)0,8660,7070,50,50,7070,50,50,7070,8660,8660,7070,8660,7071,\cos(30°+45°+60°) \approx 0{,}866 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}5 - 0{,}5 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}5 - 0{,}5 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}866 - 0{,}866 \cdot 0{,}707 \cdot 0{,}866 \approx -0{,}7071,

что совпадает с cos135°=22\cos 135° = -\dfrac{\sqrt2}{2}. Совпадение прямого вычисления и разложения по формуле - надёжный способ проверить себя в задаче: если числа разошлись, ошибка либо в знаке одного из слагаемых, либо в самих значениях синуса и косинуса исходных углов.

Особый случай: углы треугольника

Отдельно стоит запомнить случай α+β+γ=180°\alpha + \beta + \gamma = 180°, то есть углы обычного треугольника. Тогда sin(α+β+γ)=sin180°=0\sin(\alpha+\beta+\gamma) = \sin 180° = 0, и формула сразу даёт полезное тождество:

sinαcosβcosγ+cosαsinβcosγ+cosαcosβsinγ=sinαsinβsinγ.\sin\alpha\cos\beta\cos\gamma + \cos\alpha\sin\beta\cos\gamma + \cos\alpha\cos\beta\sin\gamma = \sin\alpha\sin\beta\sin\gamma.

А поскольку cos(α+β+γ)=cos180°=1\cos(\alpha+\beta+\gamma) = \cos 180° = -1, из формулы косинуса суммы трёх углов треугольника следует:

cosαcosβcosγsinαsinβcosγsinαcosβsinγcosαsinβsinγ=1.\cos\alpha\cos\beta\cos\gamma - \sin\alpha\sin\beta\cos\gamma - \sin\alpha\cos\beta\sin\gamma - \cos\alpha\sin\beta\sin\gamma = -1.

Такие тождества часто встречаются в задачах на доказательство, где явно углы треугольника не считают, а используют только условие α+β+γ=180°\alpha+\beta+\gamma=180°, чтобы упростить выражение.

Частые ошибки

  • Забыть одно из четырёх слагаемых. При раскрытии скобок легко потерять один из членов, особенно тот, что с минусом. Удобно сначала выписать все восемь произведений троек синусов/косинусов, а потом сгруппировать их в четыре итоговых слагаемых.
  • Перепутать знак у слагаемого с тремя синусами (в синусе) или с тремя косинусами (в косинусе). Именно эти слагаемые выбиваются из общей закономерности "нечётное число синусов - плюс, чётное - минус".
  • Не привести углы к одной единице измерения. Если один угол дан в градусах, а другой в радианах, перед подстановкой в формулу их нужно перевести в одну систему.
  • Подставить в формулу углы треугольника, не удостоверившись, что их сумма действительно 180°. Особый случай выше работает только при этом условии.
  • Спутать формулу суммы трёх углов с формулой тройного угла. Тройной угол 3α3\alpha - это частный случай при α=β=γ\alpha=\beta=\gamma, и разворачивать его общей формулой суммы неудобно: для sin3α\sin 3\alpha и cos3α\cos 3\alpha есть отдельные, более короткие формулы.

FAQ

Как быстро проверить, что формула синуса суммы трёх углов выведена верно? Подставьте частный случай γ=0\gamma=0: тогда sinγ=0\sin\gamma=0, cosγ=1\cos\gamma=1, и формула должна свестись к обычной формуле синуса суммы двух углов sinαcosβ+cosαsinβ\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta. Если сокращение не получилось, в выводе есть ошибка.

Можно ли выводить формулу, группируя сначала β\beta и γ\gamma, а не α\alpha и β\beta? Да, результат не зависит от порядка группировки: (α+β)+γ(\alpha+\beta)+\gamma и α+(β+γ)\alpha+(\beta+\gamma) дают одну и ту же итоговую формулу, потому что сложение углов коммутативно и ассоциативно.

Существуют ли отдельные формулы для синуса и косинуса суммы четырёх и более углов? Отдельных "именных" формул для четырёх и более углов обычно не запоминают: применяют тот же приём двукратного (или многократного) сложения, группируя углы по два на каждом шаге, пока не останется один угол.

Коротко

Синус и косинус суммы трёх углов получаются двукратным применением обычных формул сложения: сначала группируем α+β\alpha+\beta, затем добавляем γ\gamma. В итоге получаются формулы с четырьмя слагаемыми: sin(α+β+γ)=sinαcosβcosγ+cosαsinβcosγ+cosαcosβsinγsinαsinβsinγ\sin(\alpha+\beta+\gamma) = \sin\alpha\cos\beta\cos\gamma + \cos\alpha\sin\beta\cos\gamma + \cos\alpha\cos\beta\sin\gamma - \sin\alpha\sin\beta\sin\gamma и cos(α+β+γ)=cosαcosβcosγsinαsinβcosγsinαcosβsinγcosαsinβsinγ\cos(\alpha+\beta+\gamma) = \cos\alpha\cos\beta\cos\gamma - \sin\alpha\sin\beta\cos\gamma - \sin\alpha\cos\beta\sin\gamma - \cos\alpha\sin\beta\sin\gamma. Геометрически это три последовательных поворота на единичной окружности, а частный случай α+β+γ=180°\alpha+\beta+\gamma=180° даёт полезные тождества для углов треугольника.

Доверьте текст нейросети EssayAI

Открыть EssayAI

Бесплатно, на русском языке и без VPN

Читайте также

Формулы приведения: sin и cos от (90k +/- alpha)

Формулы приведения: sin и cos от (90k +/- alpha)

Формулы приведения для синуса и косинуса: два правила - смена функции и знак, таблица всех восьми случаев 90k +/- alpha, разбор типовых задач и частые ошибки.

11 июня 20269 минут
Мнемоническое правило формул приведения

Мнемоническое правило формул приведения

Мнемоническое правило формул приведения простыми словами: как за два шага найти название функции и знак результата для sin, cos, tg и ctg угла вида 90°·k ± α.

11 июня 20268 минут
Отбор корней на тригонометрической окружности

Отбор корней на тригонометрической окружности

Как отбирать корни тригонометрического уравнения на единичной окружности: главное значение, симметричный корень, наложение промежутка - пошаговый метод с примерами.

11 июня 20268 минут
Тригонометрические неравенства на окружности: метод дуг

Тригонометрические неравенства на окружности: метод дуг

Как решать неравенства sin x больше a и cos x меньше a методом единичной окружности: находим arcsin и arccos, отмечаем дугу решений и записываем общий ответ с периодом 2πn.

11 июня 20268 минут
Атрибуты сущности в ER-модели: пять типов и примеры

Атрибуты сущности в ER-модели: пять типов и примеры

Разбираем пять типов атрибутов сущности в ER-модели: простой, составной, ключевой, многозначный, производный, с примерами и переходом к столбцам и таблицам реляционной схемы.

7 июля 20269 минут
Циркуляция векторного поля по контуру: формула и смысл

Циркуляция векторного поля по контуру: формула и смысл

Циркуляция векторного поля по контуру: что это такое, как вычислить линейный интеграл по параметризации и через ротор поля с теоремой Грина, разбор типичных ошибок и примеров расчёта.

7 июля 20267 минут