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第2問

三角形の辺の長さを aa、bb、cc、対応する角を α\alpha、β\beta、γ\gamma とする。a+b=tan⁡γ2(atan⁡α+btan⁡β)a+b=\tan\frac{\gamma}{2}\left(a\tan\alpha+b\tan\beta\right) が成り立つとき、この三角形が二等辺三角形であることを証明せよ。
ステップ 3/6: α+β+γ=π\alpha+\beta+\gamma=\pi を使って2つの余弦を関係づける
ざっくり言うと

これはこの三角形に限らず、すべての三角形で成り立つ角の恒等式であり、これによってステップ2の2つの余弦項が1つの因子に統合される。

cos⁡(β+γ2)=−cos⁡(α+γ2)\cos\left(\beta+\frac{\gamma}{2}\right) = -\cos\left(\alpha+\frac{\gamma}{2}\right)
詳しい解説

γ=π−α−β\gamma=\pi-\alpha-\beta より α+γ2=π2−β−α2\alpha+\frac{\gamma}{2}=\frac{\pi}{2}-\frac{\beta-\alpha}{2}、β+γ2=π2+β−α2\beta+\frac{\gamma}{2}=\frac{\pi}{2}+\frac{\beta-\alpha}{2} が成り立つ。cos⁡(π2−x)=sin⁡x\cos(\frac{\pi}{2}-x)=\sin x、cos⁡(π2+x)=−sin⁡x\cos(\frac{\pi}{2}+x)=-\sin x であるから、この2つの余弦はステップ2の式によらず、任意の三角形において互いに符号だけ異なる。