Från den sfäriska cosinussatsen har vi:
cos
α
=
cos
a
−
cos
b
cos
c
sin
b
sin
c
{\displaystyle \cos \alpha ={\frac {\cos a-\cos b\cos c}{\sin b\sin c}}}
Vi har också från den plana trigonometrin att:
sin
2
α
2
=
1
−
cos
α
2
{\displaystyle \sin ^{2}{\frac {\alpha }{2}}={\frac {1-\cos \alpha }{2}}}
Sålunda:
2
sin
2
α
2
=
1
−
cos
a
−
cos
b
cos
c
sin
b
sin
c
=
=
sin
b
sin
c
+
cos
b
cos
c
−
cos
a
sin
b
sin
c
=
=
cos
(
b
−
c
)
−
cos
a
sin
b
sin
c
(
1
)
{\displaystyle {\begin{aligned}2\sin ^{2}{\frac {\alpha }{2}}&=1-{\frac {\cos a-\cos b\cos c}{\sin b\sin c}}=\\&={\frac {\sin b\sin c+\cos b\cos c-\cos a}{\sin b\sin c}}=\\&={\frac {\cos(b-c)-\cos a}{\sin b\sin c}}\qquad (1)\end{aligned}}}
där vi i sista steget utnyttjat
cos
(
x
−
y
)
=
cos
x
cos
y
+
sin
x
sin
y
{\displaystyle \cos(x-y)=\cos x\cos y+\sin x\sin y}
från den plana trigonometrin.
Från den plana trigonometrin har vi också att
cos
x
−
cos
y
=
−
2
sin
x
+
y
2
sin
x
−
y
2
{\displaystyle \cos x-\cos y=-2\sin {\frac {x+y}{2}}\sin {\frac {x-y}{2}}}
vilket med
x
=
b
−
c
{\displaystyle x=b-c}
och
y
=
a
{\displaystyle y=a}
samt den halva "perimetern "
s
=
a
+
b
+
c
2
{\displaystyle s={\frac {a+b+c}{2}}}
ger oss:
cos
(
b
−
c
)
−
cos
a
=
−
2
sin
b
−
c
+
a
2
sin
b
−
c
−
a
2
=
=
−
2
sin
(
s
−
c
)
sin
(
b
−
s
)
=
=
2
sin
(
s
−
c
)
sin
(
s
−
b
)
(
2
)
{\displaystyle {\begin{aligned}\cos(b-c)-\cos a&=-2\sin {\frac {b-c+a}{2}}\sin {\frac {b-c-a}{2}}=\\&=-2\sin(s{-}c)\sin(b-s)=\\&=2\sin(s{-}c)\sin(s-b)\qquad (2)\end{aligned}}}
Insättning av (2) i (1) ger oss sinusformeln för halva vinkeln:
2
sin
2
α
2
=
2
sin
(
s
−
c
)
sin
(
s
−
b
)
sin
b
sin
c
⇔
{\displaystyle 2\sin ^{2}{\frac {\alpha }{2}}={\frac {2\sin(s{-}c)\sin(s{-}b)}{\sin b\sin c}}\Leftrightarrow }
sin
1
2
α
=
sin
(
s
−
b
)
sin
(
s
−
c
)
sin
b
sin
c
{\displaystyle \sin {\textstyle {\frac {1}{2}}}\alpha ={\sqrt {\frac {\sin(s{-}b)\sin(s{-}c)}{\sin b\sin c}}}}
Cosinusformeln för halva vinkeln härleds analogt, men utnyttjar att
cos
2
α
2
=
1
+
cos
α
2
{\displaystyle \cos ^{2}{\frac {\alpha }{2}}={\frac {1+\cos \alpha }{2}}}
, vilket ger
cos
(
b
+
c
)
−
cos
a
=
−
2
sin
a
+
b
+
c
2
sin
a
−
b
−
c
2
=
2
sin
(
s
)
sin
(
s
−
a
)
{\displaystyle \cos(b+c)-\cos a=-2\sin {\frac {a+b+c}{2}}\sin {\frac {a-b-c}{2}}=2\sin(s)\sin(s-a)}
Tangensformeln för halva vinkeln fås genom att dividera formeln för sinus med formeln för cosinus.
Formlerna för halva sidan visas analogt, men med utgångspunkt i den duala cosinussatsen i stället för den sfäriska cosinussatsen, sålunda:
cos
c
=
cos
γ
+
cos
α
cos
β
sin
α
sin
β
{\displaystyle \cos c={\frac {\cos \gamma +\cos \alpha \cos \beta }{\sin \alpha \sin \beta }}}
De kan även visas ur formlerna för halva vinkeln med hjälp av polära dualitetssatsen (som ju används för att härleda den duala cosinussatsen från den sfäriska cosinussatsen, så det blir ju "samma härledning, men i olika ordning"), som säger att för den polära triangeln
△
A
′
B
′
C
′
{\displaystyle \triangle A'B'C'}
till
△
A
B
C
{\displaystyle \triangle ABC}
gäller att:
α
′
=
π
−
a
,
β
′
=
π
−
b
,
γ
′
=
π
−
c
,
a
′
=
π
−
α
,
b
′
=
π
−
β
,
c
′
=
π
−
γ
{\displaystyle {\begin{alignedat}{3}\alpha '&=\pi -a,&\qquad \beta '&=\pi -b,&\qquad \gamma '&=\pi -c,\\a'&=\pi -\alpha ,&b'&=\pi -\beta ,&c'&=\pi -\gamma \end{alignedat}}}
Referenser och noter
redigera
^ Notera att
cos
S
<
0
{\displaystyle \cos S<0}
eftersom
S
>
π
2
{\displaystyle S>\textstyle {\frac {\pi }{2}}}
då vinkelsumman i en sfärisk triangel är större än
π
{\displaystyle \pi }
. Sålunda:
−
cos
S
>
0
{\displaystyle -\cos S>0}
i formlerna för sinus och tangens för halva sidan.