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Applying de Moivre's Theorem to Trigonometric Identities | 棣莫弗定理在三角恒等式建立中的应用

2026-08-21 21:20 · 本文部分内容由AI辅助创作

📚 Applying de Moivre's Theorem to Trigonometric Identities | 棣莫弗定理在三角恒等式建立中的应用

In AQA A-Level Mathematics, de Moivre's theorem is much more than a statement about complex powers. It is a standard, elegant method for establishing trigonometric identities involving multiple angles and for expressing powers of sin θ and cos θ as sums of sines and cosines of integer multiples of θ.

在 AQA A-Level 数学中,棣莫弗定理不仅仅是一个关于复数幂的结论。它也是证明多倍角三角恒等式、将 sin θ 和 cos θ 的幂表示为整数倍角正弦与余弦之和的一种标准而优雅的方法。


1. Statement of de Moivre's Theorem | 棣莫弗定理的陈述

For any real θ and any integer n, de Moivre' s usually a positive integer, because we use binomial expansion to compare real and imaginary parts.

对任意实数 θ 和任意整数 n,棣莫弗定理指出 (cos θ + i sin θ)ⁿ = cos nθ + i sin nθ。在 AQA 考题中,n 通常是正整数,因为我们需要用二项式展开来比较实部与虚部。

(cos θ + i sin θ)ⁿ = cos nθ + i sin nθ

modulus 1 and argument θ, so raising it to the power n gives a complex number with modulus 1 and argument nθ.

复数 z = cos θ + i sin θ 的模为 1,辐角为 θ,因此对它取 n 次幂后所得复数的模仍为 1,辐角变为 nθ。


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2. Core Strategy: Expand and Compare Real and Imaginary Parts | 核心策略:展开并比较实部与虚部

y, start from z = cos θ + i sin θ. Then write zⁿ in two different ways: first by de Moivre' parts produces cosine identities, while equating imaginary parts produces sine identities.

要建立三角恒等式,可设 z = cos θ + i sin θ。然后用两种方法写出 zⁿ:一方面使用棣莫弗定理,另一方面用二项式定理展开 (cos θ + i sin θ)ⁿ。比较实部可得到余弦恒等式,比较虚部可得到正弦恒等式。

zⁿ = (cos θ + i sin θ)ⁿ = cos nθ + i sin nθ

This comparison works because two complex numbers are equal exactly when their real parts are equal and their imaginary parts are equal.

这种比较之所以成立,是因为两个复数相等当且仅当它们的实部相等且虚部相等。

Published by TutorHao | A-Level Mathematics Revision Series | aleveler.com

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