极化恒等式是高中数学中的一个重要恒等式,它对于理解三角函数和向量之间关系非常重要。以下是极化恒等式的推导:
1. 由向量数量积的定义和性质,可以推导出:
(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. 将(1)和(2)相加并化简,得到:
|a|^2 + |b|^2 = (|a+b|^2 + |a-b|^2)/2 + (|a+b||a-b|sin)/|a||b|
3. 令θ=,则有:
cosθ = (|a+b|^2 + |a-b|^2)/4 + (|a||b|sinθ)^2
4. 将上式两边同时平方,并化简,得到:
(sinθ)^2 = (|a||b|cosθ - |a|^2)/(|a||b| + |a|^2)
5. 将上式两边同时乘以cosθ,并化简,得到:
(sinθ)^4 = (cosθ)^3 - 3cosθ
6. 将上式两边同时乘以cosθ^3,并化简,得到:
(sinθ)^4cosθ^3 = cosθ^4 - 3cosθ^5
7. 将上式两边同时除以cosθ^4,并化简,得到:
sinθ = 1 - (cosθ)^2/2 + (cosθ)^4/8 - (cosθ)^6/160 + ...
这就是极化恒等式的推导过程。它展示了向量和三角函数之间的密切关系,以及如何通过数学公式来表达这些关系。
题目:
已知平面内两点$A(1,0),B(0,2)$,点$P$在直线$x = 2$上运动,求点$P$的轨迹方程。
解答:
根据极化恒等式,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$\overset{\longrightarrow}{OA} = (1,0),\overset{\longrightarrow}{OB} = (0,2)$。
又因为点$P$在直线$x = 2$上运动,所以设$P(2,y)$。
将$P$的坐标代入极化恒等式中,可得$y = 2$。
所以点$P$的轨迹方程为$y = 2$。
这个例题展示了如何使用极化恒等式来解决一个具体的问题。通过将向量和坐标进行适当的代入,我们可以得到问题的解。