كتب proving the derivatives of trigonometric functions
اذا لم تجد ما تبحث عنه يمكنك استخدام كلمات أكثر دقة.
إثبات مشتقات الدوال المثلثية (معلومة)
نهاية sin(θ)/θ لما θ يؤول إلى 0
يوضح الرسم البياني الموجود على اليسار دائرة ذات المركز O ونصف القطر r = 1. لتكن OA و OB اثنين من نصف القطر يصنعان قوس قياسه θ راديان. بما أننا اعتبرنا النهاية لما θ يؤول إلى الصفر، فقد نفترض أن θ هو عدد موجب صغير، نقول 0 < θ < ½ في الربع الأول.
في الرسم البياني، ليكن R1 المثلث OAB و R2 القطاع الدائري OAB و R3 المثلث OAC. مساحة المثلث OAB هي:
مساحة القطاع الدائري OAB هي: ، بينما مساحة المثلث OAC معطاة بواسطة:
بما أن كل منطقة تقع في المنطقة التالية، فإن:
زيادة على ذلك، بما أن sin θ > 0 في الربع الأول، فيمكننا القسمة على ½ sin θ، معطيًا:
في الخطوة الأخيرة، أخذنا مقاليب الحدود الموجبة الثلاثة، وعكسنا المتباينة.
نستنتج أنه من أجل 0 < θ < ½ π، يكون مقدار sin(θ)/θ دائما أقل من 1 ودائمًا أكبر من cos(θ). وهكذا، عندما تقترب θ من 0، فإن sin(θ)/θ "عُصِرت" بين سقف ارتفاعه 1 وأرضية ارتفاعها cos θ، والتي ترتفع نحو 1؛ لذلك يجب أن تؤول sin(θ)/θ إلى 1؛ حيث أن θ تؤول إلى 0 من الجهة الموجبة:
بالنسبة للحالة التي تكون فيها θ عددًا سالبًا صغيرًا –½ π < θ < 0، نستخدم حقيقة أن الجيب دالة فردية:
نهاية (cos(θ)-1)/θ لما θ يؤول إلى 0
يتيح لنا القسم الأخير حساب هذه النهاية الجديدة بسهولة نسبية. يتم ذلك عن طريق استخدام خدعة بسيطة. في هذا الحساب، إشارة θ غير مهمة.
باستخدام هذه المتطابقة cos2θ – 1 = –sin2θ، حقيقة أن نهاية الجداء هو جداء النهايات، ونتيجة النهاية من القسم السابق، نجد أن:
نهاية (tan(θ))/θ لما θ يؤول إلى 0
باستخدام نهاية دالة الجيب، وحقيقة أن دالة الظل فردية، وحقيقة أن نهاية الجداء هو جداء النهايات، نجد:
مشتق دالة الجيب
نحسب مشتق دالة الجيب باستخدام تعريف بواسطة النهاية:
باستخدام متطابقة مجموع زاويتين sin(α+β) = sin α cos β + sin β cos α، لدينا:
باستخدام نهايتي كل من دالة الجيب وجيب التمام:
مشتق دالة جيب التمام
من تعريف المشتق
مرة أخرى نحسب مشتق دالة جيب التمام من تعريف بواسطة النهاية:
باستخدام متطابقة مجموع زاويتين cos(α+β) = cos α cos β – sin α sin β، لدينا:
باستخدام النهايات الأولى:
من قاعدة السلسلة
لحساب مشتق دالة جيب التمام من قاعدة السلسلة، لاحظ أولاً الحقائق الثلاث التالية:
الأولى والثانية هما متطبقتان مثلثيتان، والثالث تم إثباته أعلاه. باستخدام هذه الحقائق الثلاث، يمكننا كتابة ما يلي:
يمكن اشتقاقها باستخدام قاعدة السلسلة. لتكن و ، لدينا:
إذن:
مشتق دالة الظل
من تعريف المشتقة
لحساب مشتق دالة الظل tan θ، نستخدم تعريف بواسطة النهاية:
باستخدام المتطابقة المعروفة: tan(α+β) = (tan α + tan β) / (1 - tan α tan β)، لدينا:
باستخدام حقيقة أن نهاية الجداء هو جداء نهايتين:
باستخدام النهاية الخاصة بدالة الظل، وحقيقة أن tan δ يؤول إلى 0 حيث δ يؤول إلى 0:
نرى على الفور أن:
من قاعدة ناتج القسمة
يمكن للمرء حساب مشتق دالة الظل باستخدام قاعدة ناتج القسمة.
يمكن تبسيط البسط إلى 1 بواسطة متطابقة فيثاغورس، يعطينا:
إذن:
