2-5 振動数が同じ三角関数の和

微分方程式

  \displaystyle \frac{{\rm d}^2 x}{{\rm d}t^2} +\omega^2 x(t) = 0  

の一般解は、

  \displaystyle x(t) = c_1 \cos \omega t + c_2 \sin \omega t   ...(1)

である。便宜上、しばしばこの解を次のように等価な形式で表す。

  \displaystyle x(t) = A \sin(\omega t + \phi)   ...(2)

あるいは、

  \displaystyle x(t) = B \cos(\omega t + \psi)   ...(3)

x(t) に対するこれら三つの式すべてが等価であることを示せ。A\phi および B と \psi のそれぞれを c1c2 で表す式を導け。また、 x(t) の三つの形式全てが振動数 ω/2π で振動することを示せ。

ヒント:
つぎの三角法の公式を用いよ。

  \displaystyle \sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta\\  \\  \cos(\alpha + \beta) = \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta