三角関数例

$\cos (6 x)$

ステップ 1

$\cos (6 x)$ を展開する方法は、ド・モアブルの定理 $(r {(\cos (x) + i \cdot \sin (x))}^{n} = r^{n} (\cos (n x) + i \cdot \sin (n x)))$ を利用することです。 $r = 1$ のとき、 $\cos (n x) + i \cdot \sin (n x) = {(\cos (x) + i \cdot \sin (x))}^{n}$ です。

$\cos (n x) + i \cdot \sin (n x) = {(\cos (x) + i \cdot \sin (x))}^{n}$

ステップ 2

2項定理を使って $\cos (n x) + i \cdot \sin (n x) = {(\cos (x) + i \cdot \sin (x))}^{n}$ の右辺を展開します。

展開： ${(\cos (x) + i \cdot \sin (x))}^{6}$

ステップ 3

二項定理を利用します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) (i \sin (x)) + 15 \cos^{4} (x) {(i \sin (x))}^{2} + 20 \cos^{3} (x) {(i \sin (x))}^{3} + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4

項を簡約します。

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ステップ 4.1

各項を簡約します。

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ステップ 4.1.1

積の法則を $i \sin (x)$ に当てはめます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) + 15 \cos^{4} (x) (i^{2} \sin^{2} (x)) + 20 \cos^{3} (x) {(i \sin (x))}^{3} + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.2

積の可換性を利用して書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) + 15 \cdot i^{2} \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cos^{3} (x) {(i \sin (x))}^{3} + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.3

$i^{2}$ を $- 1$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) + 15 \cdot - 1 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cos^{3} (x) {(i \sin (x))}^{3} + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.4

$15$ に $- 1$ をかけます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cos^{3} (x) {(i \sin (x))}^{3} + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.5

積の法則を $i \sin (x)$ に当てはめます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cos^{3} (x) (i^{3} \sin^{3} (x)) + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.6

積の可換性を利用して書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cdot i^{3} \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.7

$i^{2}$ を因数分解します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cdot (i^{2} \cdot i) \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.8

$i^{2}$ を $- 1$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cdot (- 1 \cdot i) \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.9

$- 1 i$ を $- i$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 20 \cdot (- i) \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.10

$- 1$ に $20$ をかけます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) {(i \sin (x))}^{4} + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.11

積の法則を $i \sin (x)$ に当てはめます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) (i^{4} \sin^{4} (x)) + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.12

積の可換性を利用して書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cdot i^{4} \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.13

$i^{4}$ を $1$ に書き換えます。

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ステップ 4.1.13.1

$i^{4}$ を ${(i^{2})}^{2}$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cdot {(i^{2})}^{2} \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.13.2

$i^{2}$ を $- 1$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cdot {(- 1)}^{2} \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.13.3

$- 1$ を $2$ 乗します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cdot 1 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.14

$15$ に $1$ をかけます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) {(i \sin (x))}^{5} + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.15

積の法則を $i \sin (x)$ に当てはめます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) (i^{5} \sin^{5} (x)) + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.16

$i^{4}$ を因数分解します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) (i^{4} i \sin^{5} (x)) + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.17

$i^{4}$ を $1$ に書き換えます。

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ステップ 4.1.17.1

$i^{4}$ を ${(i^{2})}^{2}$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) ({(i^{2})}^{2} i \sin^{5} (x)) + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.17.2

$i^{2}$ を $- 1$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) ({(- 1)}^{2} i \sin^{5} (x)) + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.17.3

$- 1$ を $2$ 乗します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) (1 i \sin^{5} (x)) + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.18

$i$ に $1$ をかけます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) (i \sin^{5} (x)) + {(i \sin (x))}^{6}$

ステップ 4.1.19

積の法則を $i \sin (x)$ に当てはめます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) + i^{6} \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.20

$i^{4}$ を因数分解します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) + i^{4} i^{2} \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.21

$i^{4}$ を $1$ に書き換えます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.1.21.1

$i^{4}$ を ${(i^{2})}^{2}$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) + {(i^{2})}^{2} i^{2} \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.21.2

$i^{2}$ を $- 1$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) + {(- 1)}^{2} i^{2} \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.21.3

$- 1$ を $2$ 乗します。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) + 1 i^{2} \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.22

$i^{2}$ に $1$ をかけます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) + i^{2} \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.23

$i^{2}$ を $- 1$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) - 1 \sin^{6} (x)$

ステップ 4.1.24

$- 1 \sin^{6} (x)$ を $- \sin^{6} (x)$ に書き換えます。

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) - \sin^{6} (x)$

ステップ 4.2

$\cos^{6} (x) + 6 \cos^{5} (x) i \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 \cos (x) i \sin^{5} (x) - \sin^{6} (x)$ の因数を並べ替えます。

$\cos^{6} (x) + 6 i \cos^{5} (x) \sin (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) - 20 i \cos^{3} (x) \sin^{3} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) + 6 i \cos (x) \sin^{5} (x) - \sin^{6} (x)$

ステップ 5

$\cos (6 x)$ と等しい虚数部をもつ式を取り出します。虚数 $i$ を削除します。

$\cos (6 x) = \cos^{6} (x) - 15 \cos^{4} (x) \sin^{2} (x) + 15 \cos^{2} (x) \sin^{4} (x) - \sin^{6} (x)$

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