المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01


Cosine  
  
2200   05:51 مساءً   date: 1-10-2019
Author : Abramowitz, M. and Stegun, I. A.
Book or Source : "Circular Functions." §4.3 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover
Page and Part : ...

Cosine

 

Trigonometry Cos

The cosine function cosx is one of the basic functions encountered in trigonometry (the others being the cosecant, cotangent, secant, sine, and tangent). Let theta be an angle measured counterclockwise from the x-axis along the arc of the unit circle. Then costheta is the horizontal coordinate of the arc endpoint.

CosineDiagram

The common schoolbook definition of the cosine of an angle theta in a right triangle (which is equivalent to the definition just given) is as the ratio of the lengths of the side of the triangle adjacent to the angle and the hypotenuse, i.e.,

 costheta=(adjacent)/(hypotenuse).

(1)

A convenient mnemonic for remembering the definition of the sine, cosine, and tangent is SOHCAHTOA (sine equals opposite over hypotenuse, cosine equals adjacent over hypotenuse, tangent equals opposite over adjacent).

As a result of its definition, the cosine function is periodic with period 2pi. By the Pythagorean theorem, costheta also obeys the identity

 sin^2theta+cos^2theta=1.

(2)

CosReImAbs
 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

The definition of the cosine function can be extended to complex arguments z using the definition

 cosz=1/2(e^(iz)+e^(-iz)),

(3)

where e is the base of the natural logarithm and i is the imaginary number. Cosine is an entire function and is implemented in the Wolfram Language as Cos[z].

A related function known as the hyperbolic cosine is similarly defined,

 coshz=1/2(e^z+e^(-z)).

(4)

The cosine function has a fixed point at 0.739085... (OEIS A003957), a value sometimes known as the Dottie number (Kaplan 2007).

The cosine function can be defined analytically using the infinite sum

cosx = sum_(n=0)^(infty)((-1)^nx^(2n))/((2n)!)

(5)

= 1-(x^2)/(2!)+(x^4)/(4!)-(x^6)/(6!)+...,

(6)

or the infinite product

 cosx=product_(n=1)^infty[1-(4x^2)/(pi^2(2n-1)^2)].

(7)

CosineHardy

A close approximation to cos(pix/2) for x in [0,1] is

H(x) = 1-(x^2)/(x+(1-x)sqrt((2-x)/3))

(8)

 approx cos(pi/2x)

(9)

(Hardy 1959), where the difference between cos(pix/2) and Hardy's approximation is plotted above.

The cosine obeys the identity

 cos(ntheta)=2costhetacos[(n-1)theta]-cos[(n-2)theta]

(10)

and the multiple-angle formula

 cos(nx)=sum_(k=0)^n(n; k)cos^kxsin^(n-k)xcos[1/2(n-k)pi],

(11)

where (n; k) is a binomial coefficient. It is related to tan(x/2) via

 cosx=(1-tan^2(1/2x))/(1+tan^2(1/2x))

(12)

(Trott 2006, p. 39).

Summation of cos(nx) from n=0 to N can be done in closed form as

sum_(n=0)^(N)cos(nx) = R[sum_(n=0)^(N)e^(inx)]

(13)

= R[(e^(i(N+1)x)-1)/(e^(ix)-1)]

(14)

= R[(e^(i(N+1)x/2))/(e^(ix/2))(e^(i(N+1)x/2)-e^(-i(N+1)x/2))/(e^(ix/2)-e^(-ix/2))]

(15)

= (sin[1/2(N+1)x])/(sin(1/2x))R[e^(iNx/2)]

(16)

= (cos(1/2Nx)sin[1/2(N+1)x])/(sin(1/2x)).

(17)

Similarly,

 sum_(n=0)^inftyp^ncos(nx)=R[sum_(n=0)^inftyp^ne^(inx)],

(18)

where |p|<1. The exponential sum formula gives

sum_(n=0)^(infty)p^ncos(nx) = R[(1-pe^(-ix))/(1-2pcosx+p^2)]

(19)

= (1-pcosx)/(1-2pcosx+p^2).

(20)

The sum of cos^2(kx) can also be done in closed form,

 sum_(k=0)^Ncos^2(kx)=1/4{3+2N+cscxsin[x(1+2N)]}.

(21)

The Fourier transform of cos(2pik_0x) is given by

F_x[cos(2pik_0x)](k) = int_(-infty)^inftye^(-2piikx)cos(2pik_0x)dx

(22)

= 1/2[delta(k-k_0)+delta(k+k_0)],

(23)

where delta(k) is the delta function.

Cvijović and Klinowski (1995) note that the following series

 C_nu(alpha)=sum_(k=0)^infty(cos(2k+1)alpha)/((2k+1)^nu)

(24)

has closed form for nu=2n,

 C_(2n)(alpha)=((-1)^n)/(4(2n-1)!)pi^(2n)E_(2n-1)(alpha/pi),

(25)

where E_n(x) is an Euler polynomial.

A definite integral involving cosx is given by

 int_0^inftycos(x^n)dx=Gamma(1+1/n)cos(pi/(2n))

(26)

for n>1 where Gamma(z) is the gamma function (T. Drane, pers. comm., Apr. 21, 2006).


REFERENCES:

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Circular Functions." §4.3 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 71-79, 1972.

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 215, 1987.

Cvijović, D. and Klinowski, J. "Closed-Form Summation of Some Trigonometric Series." Math. Comput. 64, 205-210, 1995.

Hansen, E. R. A Table of Series and Products. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1975.

Hardy, G. H. Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, p. 68, 1959.

Jeffrey, A. "Trigonometric Identities." §2.4 in Handbook of Mathematical Formulas and Integrals, 2nd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 111-117, 2000.

Kaplan, S. R. "The Dottie Number." Math. Mag. 80, 73-74, 2007.

Project Mathematics. "Sines and Cosines, Parts I-III." Videotape. http://www.projectmathematics.com/sincos1.htm.

Sloane, N. J. A. Sequence A003957 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Sine sin(x) and Cosine cos(x) Functions." Ch. 32 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 295-310, 1987.

Tropfke, J. Teil IB, §1. "Die Begriffe des Sinus und Kosinus eines Winkels." In Geschichte der Elementar-Mathematik in systematischer Darstellung mit besonderer Berücksichtigung der Fachwörter, fünfter Band, zweite aufl. Berlin and Leipzig, Germany: de Gruyter, pp. 11-23, 1923.

Trott, M. The Mathematica GuideBook for Symbolics. New York: Springer-Verlag, 2006. http://www.mathematicaguidebooks.org/.

Zwillinger, D. (Ed.). "Trigonometric or Circular Functions." §6.1 in CRC Standard Mathematical Tables and Formulae. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 452-460, 1995.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.