・三角関数のn乗                       GAI 氏

 cosnx を一般に、coskx を用いて表すと、

 cos1x = cosx
 cos2x = 1/2+1/2cos2x
 cos3x = 3cosx/4+1/4cos3x
 cos4x = 3/8+1/2cos2x+1/8cos4x
 cos5x = 5cosx/8+5/16cos3x+1/16cos5x
 cos6x = 5/16+15/32cos2x+3/16cos4x+1/32cos6x
 cos7x = 35cosx/64+21/64cos3x+7/64cos5x+1/64cos7x
 cos8x = 35/128+7/16cos2x+7/32cos4x+1/16cos6x+1/128cos8x
 cos9x = 63cosx/128+21/64cos3x+9/64cos5x+9/256cos7x+1/256cos9x
 cos10x =63/256+105/256cos2x+15/64cos4x+45/512cos6x+5/256cos8x+1/512cos10x
  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

のように可能であるのに対し、sinnx をsinkx で表そうとしてみたら、

 sin1x = sinx
 sin5x = 5sinx/8-5/16sin3x+1/16sin5x
 sin9x = 63sinx/128-21/64sin3x+9/64sin5x-9/256sin7x+1/256sin9x
 sin13x = 429sinx/1024-1287sin3x/4096+715sin5x/4096-143sin7x/2048
                            +39sin9x/2048-13sin11x/4096+sin13x/4096
 sin17x = 12155sinx/32768-2431sin3x/8192+1547sin5x/8192-1547sin7x/16384
      +595sin9x/16384-85sin11x/8192+17sin13x/8192-17sin15x/65536+sin17x/65536
  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

 sin3x = 3sinx/4-1/4sin3x
 sin7x = 35sinx/64-21/64sin3x+7/64sin5x-1/64sin7x
 sin11x = 231sinx/512-165/512sin3x+165sin5x/1024
                             -55sin7x/1024+11sin9x/1024-sin11x/1024
 sin15x = 6435sinx/16384-5005sin3x/16384+3003sin5x/16384-1365sin7x/16384
              +455sin9x/16384-105sin11x/16384+15sin13x/16384-sin15x/16384
 sin19x = 46189sinx/131072-37791sin3x/131072+12597sin5x/65536-6783sin7x/65536
     +2907sin9x/65536-969sin11x/65536+969sin13x/262144-171sin15x/262144
     +19sin17x/262144-sin19x/262144
  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

の様に n=4i+1、4i+3 (i=0、1、2、3、・・・)の場合はなんとか表せると思いますが、n=4i と 4i+2
の場合ができなくて悩んでいます。これに成功された方は知らせて下さい。


 りらひいさんからのコメントです。(平成26年4月21日付け)

 ふと思ったのですが、(実際の計算方法はわきに置いておくとして、結果だけ見れば)おそ
らくこれは、ただフーリエ級数展開してるだけですよね?とすれば、偶関数、奇関数の関係
から、sin2nx は、定数とcoskxのみを用いて表すことができるということがいえますね。


 GAI さんからのコメントです。(平成26年4月21日付け)

 りらひいさんの仰る通りですね。

 n=4i の時、 sinnx = (-1)n-k/2n・Σk=0〜n nCkcos{(2k-n)x}
 n=4i+2 の時、 sinnx = (-1)n-k+1/2n・Σ k=0〜n nCkcos{(2k-n)x}

でいけると思います。


 YI さんからのコメントです。(平成26年4月16日付け)

 成功していませんが、Wikipediaを見ると、奇数の場合は必ず公式が作れそうです。逆に、
偶数の場合はできそうに見えないですね。


 DD++さんからのコメントです。(平成26年4月16日付け)

 sin2nx は偶関数ですが、sinkx は全て奇関数なので、線型和では不可能だと思います。
チェビシェフ多項式も、sin nt/sin t と定義して、この辺の問題を回避していますね。


(コメント) 当HPがいつもお世話になっているHN「らすかる」さんは、上記の逆バージョン、
     すなわち、n倍角の公式を一覧にまとめられています。この話題とは特に関係はな
     いとは思いますが...。



                                             投稿一覧に戻る