Rumus Trigonometri Sudut Rangkap atau Ganda merupakan lanjutan dari Rumus Jumlah dan Selisih Sudut Trigonometri

Setelah sebelumnya kita mempelajari tentang Rumus Jumlah dan Selisih Sudut Trigonometri↝ , materi kita lanjutkan ke Rumus Trigonometri Sudut Rangkap. Sudut rangkap yang dimaksud adalah 2α2\alpha dan juga sudut 12α\dfrac12 \alpha.

Seperti halnya rumus jumlah dan selisih dua sudut, rumus sudut rangkap digunakan untuk menentukan nilai trigonometri untuk suatu sudut yang bukan merupakan sudut istimewa (0,30,45,60,900^\circ, 30^\circ, 45^\circ, 60^\circ, 90^\circ) tanpa alat bantu hitung seperti kalkulator atau tabel.

Bagaimana menggunakan rumus sudut rangkap ini? simak ulasan berikut.

1. Rumus Trigonometri Sudut Rangkap (Ganda)

Rumus tersebut dapat kita peroleh atau kita buktikan dengan menggunakan akan rumus trigonometri jumlah dua sudut.

Pembuktian rumus trigonometri sudut rangkap :

\bigstar Rumus Sinus sudut rangkap sin2α=2sinαcosα \sin 2\alpha = 2 \sin \alpha \cos \alpha

Ingat rumus sinus jumlah sudut: sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB \sin (A+B) = \sin A \cos B + \cos A \sin B

sin2α=sin(α+α)=sinαcosα+cosαsinα=2sinαcosα\begin{align*}\sin 2\alpha &= \sin ( \alpha + \alpha ) \\ &= \sin \alpha \cos \alpha + \cos \alpha \sin \alpha \\ &= 2 \sin \alpha \cos \alpha \end{align*}

Sehingga terbukti : sin2α=2sinαcosα \sin 2\alpha = 2 \sin \alpha \cos \alpha

\bigstar Rumus Cosinus sudut rangkap : cos2α=cos2αsin2α \cos 2\alpha = \cos ^2 \alpha - \sin ^2 \alpha

Ingat rumus cos(A+B)=cosAcosBsinAsinB \cos (A + B) = \cos A \cos B - \sin A \sin B

cos2α=cos(α+α)=cosαcosαsinαsinα=cos2αsin2α\begin{align*} \cos 2\alpha &= \cos (\alpha + \alpha ) \\ &= \cos \alpha \cos \alpha - \sin \alpha \sin \alpha \\ &= \cos ^2 \alpha - \sin ^2 \alpha \end{align*}

Sehingga terbukti : cos2α=cos2αsin2α \cos 2\alpha = \cos ^2 \alpha - \sin ^2 \alpha

Dengan menggunakan rumus identitas: sin2A+cos2A=1sin2A=1cos2A \sin ^2 A + \cos ^2 A = 1 \rightarrow \sin ^2 A = 1 - \cos ^2 A kita peroleh

\bigstar Rumus : cos2α=2cos2α1 \cos 2\alpha = 2\cos ^2 \alpha - 1

cos2α=cos2αsin2α=cos2α(1cos2α)=2cos2α1\begin{align*}\cos 2\alpha &= \cos ^2 \alpha - \sin ^2 \alpha \\ &= \cos ^2 \alpha - (1 - \cos ^2 \alpha ) \\ &= 2\cos ^2 \alpha - 1 \end{align*}

Terbukti : cos2α=2cos2α1 \cos 2\alpha = 2\cos ^2 \alpha - 1

\bigstar Rumus : cos2α=12sin2α \cos 2\alpha = 1 - 2\sin ^2 \alpha

cos2α=cos2αsin2α=(1sin2α)sin2α=12sin2α\begin{align*}\cos 2\alpha &= \cos ^2 \alpha - \sin ^2 \alpha \\ &= ( 1 - \sin ^2 \alpha ) - \sin ^2 \alpha \\ &= 1 - 2\sin ^2 \alpha \end{align*}

Terbukti : cos2α=12sin2α \cos 2\alpha = 1 - 2\sin ^2 \alpha

\bigstar Rumus Sudut Rangkap Tangen : tan2α=2tanα1tan2α \tan 2\alpha = \frac{2\tan \alpha }{1 - \tan ^2 \alpha }

Ingat rumus : tan(A+B)=tanA+tanB1tanAtanB \tan (A + B) = \frac{\tan A + \tan B}{1 - \tan A \tan B}

tan2α=tan(α+α)=tanα+tanα1tanαtanα=2tanα1tan2α\begin{align*} \tan 2\alpha &= \tan ( \alpha + \alpha ) \\ &= \frac{\tan \alpha + \tan \alpha }{1 - \tan \alpha \tan \alpha } \\ &= \frac{2\tan \alpha }{1 - \tan ^2 \alpha } \end{align*}

Sehingga terbukti : tan2α=2tanα1tan2α \tan 2\alpha = \dfrac{2\tan \alpha }{1 - \tan ^2 \alpha }

Contoh Soal Sudut Rangkap

  1. Sederhanakan bentuk-bentuk berikut

    1. 2sin22,5cos22,52 \sin 22,5^\circ \cos 22,5^\circ
    2. 2cos267,512 \cos^2 67,5^\circ – 1
    3. 2tan3α1tan2α\dfrac{2\tan 3\alpha}{1-\tan^2\alpha}

    Penyelesaian

    1. 2sin22,5cos22,52 \sin 22,5^\circ \cos 22,5^\circ
      gunakan rumus sin2A=2sinAcosA\sin 2A=2\sin A \cos A
      2sin22,5cos22,5=sin2(22,5)=sin45=122\begin{align*}2 \sin 22,5^\circ \cos 22,5^\circ&=\sin 2(22,5^\circ)\\&=\sin 45^\circ \\ &=\frac12 \sqrt{2}\end{align*}
    2. 2cos267,512 \cos^2 67,5^\circ – 1
      gunakan rumus cos2A=2cos2A1\cos 2A=2\cos^2 A -1
      2cos267,51=cos2(67,5)=cos135=cos(18045)=cos45=122\begin{align*}2 \cos^2 67,5^\circ – 1&=\cos 2(67,5^\circ)\\&=\cos 135^\circ = \cos (180^\circ - 45^\circ) \\ &=-\cos 45^\circ =-\frac12 \sqrt{2}\end{align*}
    3. 2tan3α1tan2α\dfrac{2\tan 3\alpha}{1-\tan^2\alpha}
      gunakan rumus tan2A=2tanA1tan2A\tan 2A=\dfrac{2\tan A}{1-\tan^2A}
      2tan3α1tan2α=tan2(3α)=tan6α\begin{align*}\frac{2\tan 3\alpha}{1- \tan^2 \alpha }&=\tan 2(3\alpha) \\ &=\tan 6\alpha \end{align*}
  2. Diketahui sinA=513\sin A =\dfrac{5}{13}, dengan A lancip. Hitung nilai sin2A\sin 2A, cos2A\cos 2A, dan tan2A\tan 2A !

    Penyelesaian

    Karena sinA\sin A sudah diketahui maka cari lebih dulu cosA\cos A. Kita dapat menggunakan rumus identitas trigonometri atau menggambar segitiga perbandingan trigonometri.

    Kita gunakan rumus identitas saja yaitu cosA=1sin2A\cos A = \sqrt{1-\sin^2A}

    sinA=513\sin A =\dfrac{5}{13} maka

    cosA=1sin2A=1(513)2=125169=144169cosA=1213\begin{align*} \cos A &= \sqrt{1-\sin^2A}\\ &= \sqrt{1-\left( \frac{5}{13} \right)^2} \\ &=\sqrt{1- \frac{25}{169} } \\ &=\sqrt{\frac{144}{169}} \\ \cos A &= \frac{12}{13}\end{align*}

    1. Nilai sin2A\sin 2A

      sin2A=2sinAcosA=25131213sin2A=120169\begin{align*}\sin 2 A &=2\sin A \cos A \\ &= 2 \cdot \frac{5}{13} \cdot \frac{12}{13} \\ \sin 2A&= \frac{120}{169}\end{align*}

    2. Nilai cos2A\cos 2A

      cos2A=cos2Asin2A=(1213)2(513)2=14416925169cos2A=119169\begin{align*}\cos 2 A &=\cos^2 A - \sin^2 A \\ &= \left(\frac{12}{13} \right)^2- \left(\frac{5}{13} \right)^2\\ &= \frac{144}{169}-\frac{25}{169}\\ \cos 2A &= \frac{119}{169} \end{align*}

    3. Nilai tan2A\tan 2A

      tan2A=sin2Acos2A=120169119169tan2A=120119\begin{align*}\tan 2A &=\frac{\sin 2A}{\cos 2A} \\ &=\frac{\frac{120}{169}}{\frac{119}{169}} \\ \tan 2A &=\frac{120}{119} \end{align*}

2. Rumus Trigonometri untuk Setengah Sudut

Dari rumus trigonometri sudut ganda, dapat diturunkan rumus trigonometri untuk setengah sudut, yaitu dengan menetapkan 12α\dfrac12 \alpha sebagai sudut tunggal dan α\alpha sebagai sudut ganda.

Pembuktian Rumus sudut 12A \frac{1}{2} A :

Misalkan 2α=Aα=12A 2\alpha = A \rightarrow \alpha = \frac{1}{2} A

Substitusi bentuk permisalan di atas ke persamaan trigonometri sudut rangkap yang akan dibuktikan.

\bigstar Rumus : sin12A=1cosA2 \sin \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1- \cos A}{2}}

gunakan rumus : cos2α=12sin2α \cos 2 \alpha = 1 - 2\sin ^2 \alpha

cos2α=12sin2αcosA=12sin212A2sin212A=1cosAsin212A=1cosA2sin12A=1cosA2\begin{align*}\cos 2 \alpha &= 1 - 2\sin ^2 \alpha \\ \cos A &= 1 - 2\sin ^2 \frac{1}{2} A\\2\sin ^2 \frac{1}{2} A &= 1 - \cos A \\\sin ^2 \frac{1}{2} A &= \frac{1 - \cos A}{2} \\\sin \frac{1}{2} A &= \sqrt{\frac{1 - \cos A}{2} } \end{align*}

Sehingga terbukti : sin12A=1cosA2 \sin \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1- \cos A}{2}}

\bigstar Rumus : cos12A=1+cosA2 \cos \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2}}

gunakan rumus : cos2α=2cos2α1 \cos 2 \alpha = 2\cos ^2 \alpha - 1

cos2α=2cos2α1cosA=2cos212A12cos212A=1+cosAcos212A=1+cosA2cos12A=1+cosA2\begin{align*} \cos 2 \alpha &= 2\cos ^2 \alpha - 1 \\\cos A &= 2\cos ^2 \frac{1}{2}A - 1 \\2\cos ^2 \frac{1}{2}A &= 1 + \cos A \\\cos ^2 \frac{1}{2}A &= \frac{1 + \cos A}{2} \\\cos \frac{1}{2}A &= \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2} } \end{align*}

Sehingga terbukti : cos12A=1+cosA2 \cos \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2}}

\bigstar Rumus : tan12A=1cosA1+cosA=sinA1+cosA=1cosAsinA \tan \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1 - \cos A}{1 + \cos A}} = \frac{\sin A}{1+ \cos A} = \frac{1- \cos A}{\sin A }

gunakan rumus : tan12A=sin12Acos12A,sin12A=1cosA2 \tan \frac{1}{2}A = \frac{\sin \frac{1}{2}A }{\cos \frac{1}{2}A } , \sin \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1- \cos A}{2}} , dan cos12A=1+cosA2 \cos \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2}}

a). Rumus Pertama : tan12A=sin12Acos12A \tan \frac{1}{2}A = \frac{\sin \frac{1}{2}A }{\cos \frac{1}{2}A }

tan12A=sin12Acos12A =1cosA21+cosA2 tan12A=1cosA1+cosA\begin{align*}\tan \frac{1}{2} A &= \frac{\sin \frac{1}{2}A }{\cos \frac{1}{2}A } \ &= \frac{ \sqrt{\frac{1- \cos A}{2}} }{ \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2}} } \ \tan \frac{1}{2}A &= \sqrt{ \frac{1- \cos A}{1 + \cos A} } \end{align*}

b). Rumus kedua :

tan12A=1cosA1+cosAtan12A=1cosA1+cosA×1+cosA1+cosA=1cos2A(1+cosA)2=sin2A(1+cosA)2=sinA1+cosA\begin{align*} \tan \frac{1}{2}A &= \sqrt{ \frac{1- \cos A}{1 + \cos A} } \\ \tan \frac{1}{2}A &= \sqrt{ \frac{1- \cos A}{1 + \cos A} \times \frac{1 + \cos A}{1 + \cos A} } \\ &= \sqrt{ \frac{1- \cos ^2 A}{(1 + \cos A)^2} } \\ &= \sqrt{ \frac{\sin ^2 A }{(1 + \cos A)^2} } \\ &= \frac{\sin A}{1+ \cos A} \end{align*}

c). Rumus ketiga :

tan12A=1cosA1+cosAtan12A=1cosA1+cosA×1cosA1cosA=(1cosA)21cos2A=(1cosA)2sin2A=1cosAsinA\begin{align*} \tan \frac{1}{2}A &= \sqrt{\frac{1- \cos A}{1 + \cos A} } \\ \tan \frac{1}{2}A &= \sqrt{\frac{1- \cos A}{1 + \cos A} \times \frac{1 - \cos A}{1 - \cos A} } \\ &= \sqrt{\frac{(1- \cos A)^2}{1 - \cos ^2 A} } \\ &= \sqrt{\frac{(1- \cos A)^2}{\sin ^2 A } } \\ &= \frac{1- \cos A}{\sin A } \end{align*}

Sehingga terbukti : tan12A=1cosA1+cosA=sinA1+cosA=1cosAsinA \tan \frac{1}{2} A = \sqrt{\frac{1 - \cos A}{1 + \cos A}} = \frac{\sin A}{1+ \cos A} = \frac{1- \cos A}{\sin A }

Contoh Soal Setengah Sudut :

Hitunglah nilai dari :

  1. sin15 \sin 15^\circ
  2. cos67,5 \cos 67,5^\circ
  3. tan22,5 \tan 22,5^\circ

Alternatif Penyelesaian :

  1. Nilai dari sin15 \sin 15^\circ

    Misalkan 12A=15A=30 \frac{1}{2}A = 15^\circ \rightarrow A = 30^\circ

    sin12A=1cosA2sin15=1cos302=11232=234=1223\begin{align*}\sin \frac{1}{2} A &= \sqrt{\frac{1 - \cos A}{2} } \\ \sin 15^\circ &= \sqrt{\frac{1 - \cos 30^\circ}{2} } \\ &= \sqrt{\frac{1 - \frac{1}{2} \sqrt{3} }{2} } \\ &= \sqrt{\frac{2 - \sqrt{3} }{4} } \\ &= \frac{1}{2} \sqrt{2 - \sqrt{3} } \end{align*}

    Jadi, nilai sin15=1223 \sin 15^\circ = \frac{1}{2} \sqrt{2 - \sqrt{3} }

  2. Nilai dari cos67,5 \cos 67,5^\circ

    Misalkan 12A=67,5A=135 \frac{1}{2}A = 67,5^\circ \rightarrow A = 135^\circ

    nilai cos135=cos(18045)=cos45=122 \cos 135^\circ = \cos ( 180^\circ - 45^\circ ) = -\cos 45^\circ = -\frac{1}{2} \sqrt{2}

    cos12A=1+cosA2cos67,5=1+cos1352=1+(122)2=224=1222\begin{align*}\cos \frac{1}{2} A &= \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2} } \\ \cos 67,5^\circ &= \sqrt{\frac{1 + \cos 135^\circ}{2} } \\ &= \sqrt{\frac{1 + (-\frac{1}{2} \sqrt{2} )}{2} } \\ &= \sqrt{\frac{2 - \sqrt{2} }{4} } \\ &= \frac{1}{2} \sqrt{2 - \sqrt{2} } \end{align*}

    Jadi, nilai cos67,5=1222 \cos 67,5^\circ = \frac{1}{2} \sqrt{2 - \sqrt{2} }

  3. Nilai dari tan22,5 \tan 22,5^\circ

    Misalkan 12A=22,5A=45 \frac{1}{2}A = 22,5^\circ \rightarrow A = 45^\circ

    tan12A=sinA1+cosAtan22,5=sin451+cos45=1221+122=22+2=22+2×2222=22242=2222=21\begin{align*} \tan \frac{1}{2} A &= \frac{\sin A}{1+ \cos A} \\ \tan 22,5^\circ &= \frac{\sin 45^\circ}{1+ \cos 45^\circ} \\ &= \frac{\frac{1}{2} \sqrt{2} }{1+ \frac{1}{2} \sqrt{2} } \\ &= \frac{ \sqrt{2} }{2+ \sqrt{2} } \\ &= \frac{ \sqrt{2} }{2+ \sqrt{2} } \times \frac{2 - \sqrt{2} }{2 - \sqrt{2} } \\ &= \frac{ 2\sqrt{2} - 2 }{4 - 2} \\ &= \frac{ 2\sqrt{2} - 2 }{2} \\ &= \sqrt{2} - 1 \end{align*}

    Jadi, nilai tan22,5=21 \tan 22,5^\circ = \sqrt{2} - 1