গুণফল ও যোগফলের পারস্পরিক রূপান্তর
কখনো কখনো আমাদের এমন সমস্যার সম্মুখীন হতে হয় যেখানে দুটি ত্রিকোণমিতিক অনুপাতের গুণফল দেওয়া থাকে এবং সেটাকে যোগফল বা বিয়োগফলের আকারে প্রকাশ করতে হয়, অথবা উল্টোটা করতে হয়। যেমন ধরুন, আপনাকে বলা হলো \( \sin 75^\circ \cos 15^\circ \) এর মান বের করতে। সরাসরি গুণ করা কঠিন। কিন্তু যদি এটাকে \( \sin A + \sin B \) এর আকারে নিয়ে আসা যায়, তাহলে ক্যালকুলেশন অনেক সহজ হয়ে যায়। এই অধ্যায়ে আমরা শিখব কীভাবে গুণফল থেকে যোগফলে (Product to Sum) এবং যোগফল থেকে গুণফলে (Sum to Product) রূপান্তর করা যায়। এগুলোকে আবার C D সূত্র বলা হয় কারণ এখানে আমরা দুটি কোণের যোগ এবং বিয়োগ ব্যবহার করি।
গুণফল থেকে যোগফলে রূপান্তর (Product to Sum Formulas)
আমরা ইতোমধ্যে যৌগিক কোণের সূত্র জানি। যদি আমরা \( \sin(A+B) \) এবং \( \sin(A-B) \) এর সূত্র দুটি যোগ করি, তাহলে দেখতে পাব যে কিছু পদ কেটে গিয়ে শুধু গুণফল থেকে যাচ্ছে। ঠিক এভাবেই এই সূত্রগুলো বের করা যায়।
সূত্রাবলী
১. সাইন ও কোসাইনের গুণ:
\[ 2\sin A \cos B = \sin(A+B) + \sin(A-B) \]
২. কোসাইন ও সাইনের গুণ:
\[ 2\cos A \sin B = \sin(A+B) - \sin(A-B) \]
৩. দুটি কোসাইনের গুণ:
\[ 2\cos A \cos B = \cos(A+B) + \cos(A-B) \]
৪. দুটি সাইনের গুণ:
\[ 2\sin A \sin B = \cos(A-B) - \cos(A+B) \]
সূত্রগুলো মনে রাখার কৌশল
- সব সময়ই 2 দিয়ে গুণ করা আছে বামপক্ষে। অর্থাৎ ডানপক্ষ থেকে বামপক্ষে আসতে হলে ভাগ করতে হবে।
- সাইন-কোসাইন বা কোসাইন-সাইন গুণ হলে ফলাফল সাইনের যোগ বা বিয়োগ।
- কোসাইন-কোসাইন হলে ফলাফল কোসাইনের যোগ।
- সাইন-সাইন হলে ফলাফল কোসাইনের বিয়োগ, কিন্তু সাবধানতা \( \cos(A-B) - \cos(A+B) \) এই ক্রমে।
উদাহরণ ১:
\( 2\sin 75^\circ \cos 15^\circ \) কে যোগফলের আকারে প্রকাশ করুন এবং মান নির্ণয় করুন।
সমাধান:
সূত্র প্রয়োগ করে যেখানে \( A = 75^\circ \), \( B = 15^\circ \):
\[ 2\sin 75^\circ \cos 15^\circ = \sin(75^\circ + 15^\circ) + \sin(75^\circ - 15^\circ) \]
\[ = \sin 90^\circ + \sin 60^\circ \]
\[ = 1 + \frac{\sqrt{3}}{2} \]
\[ = \frac{2 + \sqrt{3}}{2} \]
উদাহরণ ২:
\( \cos 105^\circ \cos 15^\circ \) এর মান নির্ণয় করুন।
সমাধান:
প্রথমে 2 দিয়ে গুণ ও ভাগ করে:
\[ \cos 105^\circ \cos 15^\circ = \frac{1}{2} \cdot 2\cos 105^\circ \cos 15^\circ \]
\[ = \frac{1}{2}[\cos(105^\circ + 15^\circ) + \cos(105^\circ - 15^\circ)] \]
\[ = \frac{1}{2}[\cos 120^\circ + \cos 90^\circ] \]
\[ = \frac{1}{2}\left[-\frac{1}{2} + 0\right] \]
\[ = -\frac{1}{4} \]
উদাহরণ ৩:
\( \sin 50^\circ \sin 70^\circ \) এর মান নির্ণয় করুন।
সমাধান:
\[ \sin 50^\circ \sin 70^\circ = \frac{1}{2} \cdot 2\sin 50^\circ \sin 70^\circ \]
\[ = \frac{1}{2}[\cos(50^\circ - 70^\circ) - \cos(50^\circ + 70^\circ)] \]
\[ = \frac{1}{2}[\cos(-20^\circ) - \cos 120^\circ] \]
\[ = \frac{1}{2}[\cos 20^\circ - (-\frac{1}{2})] \]
\[ = \frac{1}{2}\left[\cos 20^\circ + \frac{1}{2}\right] \]
\[ = \frac{1}{2}\cos 20^\circ + \frac{1}{4} \]
যোগফল থেকে গুণফলে রূপান্তর (Sum to Product Formulas)
এখন যদি উল্টোটা করতে হয়? অর্থাৎ দুটি সাইন বা কোসাইনের যোগফল বা বিয়োগফলকে গুণফলের আকারে লিখতে হলে কী করব? এর জন্য আমরা উপরের সূত্রগুলোকে উল্টো দিক থেকে পড়ব এবং কিছু প্রতিস্থাপন করব।
C D সূত্র (Factor Formulas)
ধরা যাক, আমরা দুটি নতুন চলক নিলাম:
\[ C = A + B \quad \text{ এবং } \quad D = A - B \]
তাহলে যোগ ও বিয়োগ করে পাই:
\[ A = \frac{C+D}{2} \quad \text{ এবং } \quad B = \frac{C-D}{2} \]
এখন যদি আমরা গুণফল থেকে যোগফলের সূত্রগুলোতে এই মানগুলো বসাই, তাহলে পাই:
১. সাইনের যোগফল:
\[ \sin C + \sin D = 2\sin\left(\frac{C+D}{2}\right)\cos\left(\frac{C-D}{2}\right) \]
২. সাইনের বিয়োগফল:
\[ \sin C - \sin D = 2\cos\left(\frac{C+D}{2}\right)\sin\left(\frac{C-D}{2}\right) \]
৩. কোসাইনের যোগফল:
\[ \cos C + \cos D = 2\cos\left(\frac{C+D}{2}\right)\cos\left(\frac{C-D}{2}\right) \]
৪. কোসাইনের বিয়োগফল:
\[ \cos C - \cos D = -2\sin\left(\frac{C+D}{2}\right)\sin\left(\frac{C-D}{2}\right) \]
সূত্রগুলো মনে রাখার কৌশল
- সব সময়ই 2 আছে এবং গড় (\( \frac{C+D}{2} \)) এবং অন্তর (\( \frac{C-D}{2} \)) ব্যবহার করা হয়।
- সাইনের যোগফলে দুটি ভিন্ন অনুপাত: সাইন-কোসাইন।
- সাইনের বিয়োগফলেও দুটি ভিন্ন অনুপাত: কোসাইন-সাইন, কিন্তু ক্রম পরিবর্তন।
- কোসাইনের যোগফলে একই অনুপাত: কোসাইন-কোসাইন।
- কোসাইনের বিয়োগফলে একই অনুপাত: সাইন-সাইন, কিন্তু একটি ঋণাত্মক চিহ্ন আছে সামনে।
উদাহরণ ৪:
\( \sin 75^\circ + \sin 15^\circ \) কে গুণফলের আকারে প্রকাশ করুন এবং মান নির্ণয় করুন।
সমাধান:
এখানে \( C = 75^\circ \), \( D = 15^\circ \)
\[ \frac{C+D}{2} = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \]
\[ \frac{C-D}{2} = \frac{60^\circ}{2} = 30^\circ \]
সূত্র প্রয়োগ করে:
\[ \sin 75^\circ + \sin 15^\circ = 2\sin 45^\circ \cos 30^\circ \]
\[ = 2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} \]
\[ = \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{6}}{2} \]
উদাহরণ ৫:
\( \cos 105^\circ - \cos 15^\circ \) এর মান নির্ণয় করুন।
সমাধান:
\[ \frac{C+D}{2} = \frac{120^\circ}{2} = 60^\circ \]
\[ \frac{C-D}{2} = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \]
সূত্র প্রয়োগ করে:
\[ \cos 105^\circ - \cos 15^\circ = -2\sin 60^\circ \sin 45^\circ \]
\[ = -2 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \]
\[ = -\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} = -\frac{\sqrt{6}}{2} \]
উদাহরণ ৬ (সমীকরণ সমাধানে প্রয়োগ):
সমাধান করুন: \( \sin 5x + \sin 3x = 0 \)
সমাধান:
বামপক্ষকে গুণফলের আকারে লিখি:
\[ 2\sin\left(\frac{5x+3x}{2}\right)\cos\left(\frac{5x-3x}{2}\right) = 0 \]
\[ 2\sin 4x \cos x = 0 \]
সুতরাং হয় \( \sin 4x = 0 \) অথবা \( \cos x = 0 \)
যদি \( \sin 4x = 0 \), তবে \( 4x = n\pi \Rightarrow x = \frac{n\pi}{4} \)
যদি \( \cos x = 0 \), তবে \( x = \frac{(2n+1)\pi}{2} \)
বিশেষ প্রয়োগ ও সমস্যা সমাধান
বহুপদীকে গুণফলে বিশ্লেষণ
কখনো কখনো \( \sin A + \cos B \) বা এমন বিভিন্ন যোগফলকে গুণফলে রূপান্তর করে সরলীকরণ করা যায়।
উদাহরণ ৭:
প্রমাণ করুন: \( \frac{\sin A + \sin B}{\cos A + \cos B} = \tan\left(\frac{A+B}{2}\right) \)
সমাধান:
বামপক্ষ:
\[ \frac{2\sin\left(\frac{A+B}{2}\right)\cos\left(\frac{A-B}{2}\right)}{2\cos\left(\frac{A+B}{2}\right)\cos\left(\frac{A-B}{2}\right)} \]
\[ = \frac{\sin\left(\frac{A+B}{2}\right)}{\cos\left(\frac{A+B}{2}\right)} = \tan\left(\frac{A+B}{2}\right) \]
∴ প্রমাণিত।
উদাহরণ ৮:
প্রমাণ করুন: \( \sin 20^\circ \sin 40^\circ \sin 60^\circ \sin 80^\circ = \frac{3}{16} \)
সমাধান:
প্রথমে \( \sin 20^\circ \sin 40^\circ \) নিলাম:
\[ = \frac{1}{2}[\cos(20^\circ-40^\circ) - \cos(20^\circ+40^\circ)] \]
\[ = \frac{1}{2}[\cos 20^\circ - \cos 60^\circ] \quad \text{(কারণ } \cos(-20^\circ) = \cos 20^\circ \text{)} \]
\[ = \frac{1}{2}\left[\cos 20^\circ - \frac{1}{2}\right] \]
এখন এই ফলাফলের সাথে \( \sin 80^\circ \) গুণ করি:
\[ \frac{1}{2}\left(\cos 20^\circ - \frac{1}{2}\right) \sin 80^\circ \]
\[ = \frac{1}{2}\cos 20^\circ \sin 80^\circ - \frac{1}{4}\sin 80^\circ \]
প্রথম পদে \( 2\cos A \sin B = \sin(A+B) - \sin(A-B) \) সূত্র প্রয়োগ:
\[ = \frac{1}{4}[\sin 100^\circ - \sin(-60^\circ)] - \frac{1}{4}\sin 80^\circ \]
\[ = \frac{1}{4}[\sin 100^\circ + \sin 60^\circ] - \frac{1}{4}\sin 80^\circ \]
যেহেতু \( \sin 100^\circ = \sin(180^\circ-80^\circ) = \sin 80^\circ \), তাই:
\[ = \frac{1}{4}\sin 80^\circ + \frac{1}{4} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{4}\sin 80^\circ \]
\[ = \frac{\sqrt{3}}{8} \]
এখন \( \sin 60^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2} \) দিয়ে গুণ করলে:
\[ \frac{\sqrt{3}}{8} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{3}{16} \]
সংক্ষিপ্ত সারাংশ
গুণফল থেকে যোগফল
\( 2\sin A \cos B = \sin(A+B) + \sin(A-B) \)
\( 2\cos A \cos B = \cos(A+B) + \cos(A-B) \)
\( 2\sin A \sin B = \cos(A-B) - \cos(A+B) \)
যোগফল থেকে গুণফল (C D সূত্র)
\( \sin C + \sin D = 2\sin\frac{C+D}{2}\cos\frac{C-D}{2} \)
\( \cos C + \cos D = 2\cos\frac{C+D}{2}\cos\frac{C-D}{2} \)
\( \cos C - \cos D = -2\sin\frac{C+D}{2}\sin\frac{C-D}{2} \)
মনে রাখার কৌশল
- গুণফল থেকে যোগফলে: যৌগিক কোণের সূত্র থেকে বের করা যায়
- যোগফল থেকে গুণফলে: \( C = A+B \), \( D = A-B \) বসাতে হয়
- সাইনের যোগে সাইন-কোসাইন, বিয়োগে কোসাইন-সাইন
- কোসাইনের যোগে কোসাইন-কোসাইন, বিয়োগে সাইন-সাইন (ঋণাত্মক চিহ্ন সহ)
- সব সময় গড় \( \frac{C+D}{2} \) এবং অন্তর \( \frac{C-D}{2} \) ব্যবহার করুন