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ラジアン、円弧の長さ、三角関数の周期

円弧とその半径を比較する 半径 $R>0$ の円の円弧の長さが $s$ である場合、ラジアン単位での測定は次のようになります。 $$\theta=\frac{s}{R}.$$ラジアンは、半径と同じ長さの円弧を切る中心角です。円の長さは$2\pi R$なので、1回転は$2\pi$ラジアンになります。したがって、次のようになります。 $$360°=2\pi\text{ rad},\qquad180°=\pi\text{ rad}.$$変換は$\theta_{\mathrm{rad}}=\theta_{\mathrm{graus}}\pi/180$と$\theta_{\mathrm{graus}}=\theta_{\mathrm{rad}}180/\pi$です。たとえば、$75°=5\pi/12$ rad です。 長さの公式を実証する $\alpha$ 度の円弧は、ターンの部分 $\alpha/360$ を占めます。その長さは次のとおりです。 $$s=\frac{\alpha}{360}\,2\pi R=R\frac{\alpha\pi}{180}=R\theta.$$$s=R\theta$ という式では、$\theta$ がラジアン単位である必要があります。半径 8 cm、測定値 $\pi/3$、$s=8\pi/3$ cm の円弧の場合。長さについては、カバーされている長さを使用します。これは負ではありません。方向のある角変位には符号を付けることができます。 数直線は一周する 三角関数の周期は、原点を中心とし半径1の円です。実数 $x$ を、$x$ ラジアンの回転後に $(1,0)$ から到達した点に関連付けます。正の方向は反時計回りです。否定的なもの、時間。 第 1 象限は $0

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三角測量:交差せずに距離を測定する

ボールが川の向こう側にあると想像してください。そこまでの距離を知りたいのに、わからない 水の上を横切ったり、巻尺を伸ばしたりすることはできません。三角形は次のことに役立ちます。 経路全体を測定し、安全なセクションを測定し、2 つの角度を観察します。 測定値を示す三角形 到達したい点をP とします。余白で点A を見つけます。 A から P までの線分はマージンと直角を形成します。余白に別の点B をマークします。 Aから少し離れたところにあります。 B で、A に戻る方向と P に向かう方向を比較します。これらの方向が 1 つの方向を形成するとき、 角度 $45°$、三角形 ABP は次のとおりです。 Aで直角。 B の角度は $45°$。 三角形の 3 つの角度を合計すると $180°$ になるため、P の角度は $45°$ になります。 $45°$の2つの角の対辺は同じ長さです。したがって、$AB=AP$となります。遠くから A から点 P までは、測定できるマージンの伸びに等しい。 ステップを含む例 A から8 m のところに B をマークしたとします。B から P を見ると、方向との角度が異なることがわかりました。 BAは$45°$です。それから: $$AP=AB=8\text{ m}.$$この結果は、B から P までの距離も 8 m であるとは言えません。その辺は斜辺であり、より長く測定されます。 どの距離が計算されているかを特定することは、計算を行うことと同じくらい重要です。 日常生活での応用 私たちの目 それぞれの目は、わずかに異なる角度から物体を見ます。脳は「三角形を解き」、距離を推定します。片目を閉じると、これがさらに困難になります。 2 つのカメラを搭載した携帯電話。 「ポートレート モード」の背景ぼかしでも同じ考え方が使用されています。離れて配置された 2 つのレンズが角度を比較し、各点までの距離を計算します。 星。 天文学者は、地球の軌道の反対側で観察される角度の違い (視差) によって近くの星までの距離を測定します。 2 つの目は三角形の底辺を形成します。オブジェクトが遠ざかるほど、ビュー間の角度は小さくなります。 このインタラクティブな図形を表示するには、JavaScriptを有効にしてください。

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あらゆる三角形: 完全なツールボックス

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 X 章を完了する. 堤防から見た橋 2 つの点 A と B は川の同じ土手上にあり、既知の距離だけ離れています。点Cは対岸にあります。 A と B の角度を測定することで、交わることなく AC と BC を計算できます。形成される三角形には直角がない場合があります。 角を$A,B,C$、対辺を$a,b,c$とします。常に$A+B+C=180°$。非縮退三角形の各辺は正であり、各辺は他の 2 つの辺の合計よりも小さくなります。 余弦の法則のデモンストレーション Aを原点、Bを$(c,0)$、Cを$(b\cos A,b\operatorname{sen} A)$に配置します。サイドBCは$a$を計測します。ピタゴラスに由来する 2 点間の距離によって次のようになります。 $$\begin{aligned} a^2&=(b\cos A-c)^2+(b\operatorname{sen} A)^2\\ &=b^2(\cos^2A+\operatorname{sen}^2A)+c^2-2bc\cos A\\ &=b^2+c^2-2bc\cos A. \end{aligned}$$C の水平座標が負になるため、この式は $A$ 鈍角にも当てはまります。 $A=90°$ の場合、コサイン項はゼロとなり、ピタゴラスが再び見つかります。 たとえば、$b=5$、$c=7$、および $A=60°$ の場合、$a^2=25+49-70/2=39$、次に $a=\sqrt{39}$ があります。 面積公式のデモンストレーション 辺に対する高さ $c$ は $b\operatorname{sen} A$ になります。 $A$ が鈍角の場合、高さは底辺の延長線上にあり、正弦は正のままです。したがって、領域 $K$ は次のようになります。 $$K=\frac{bc\operatorname{sen} A}{2}.$$他の辺のペアを選択すると、$K=ac\operatorname{sen} B/2=ab\operatorname{sen} C/2$ も得られます。式を等価にし、正の $abc/2$ で割ると、次の結果が得られます。 $$\frac{\operatorname{sen} A}{a}=\frac{\operatorname{sen} B}{b}=\frac{\operatorname{sen} C}{c}.$$反転すると、 次のようなサインの法則にたどり着きます。

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直角三角形: 手を伸ばさずに測定する

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 IX 章を完了. 木の高さ あなたは木から 6 m の水平な地面にいて、仰角 $45°$ の木のてっぺんが見えます。登らなくても高さを知ることは可能です。三角形を設定し、それをどこから観察したかを正確に言う必要があります。 直角三角形の角度は$90°$です。その反対側が斜辺です。他はカテーテルです。選択した鋭角に関して、一方の側は反対側、もう一方の側は隣接します。 領域を使用したピタゴラスのデモンストレーション 脚$a,b$と斜辺$c$を持つ等しい直角三角形を4つ切り抜きます。これらを辺 $a+b$ の正方形内に配置し、角と斜辺の直角が辺 $c$ の中央の正方形を形成します。 各三角形の 2 つの鋭角の合計が $90°$ になるため、中央の正方形は直角になります。広い面積は、4 つの三角形の面積と中央の面積の合計です。 $$\begin{aligned} (a+b)^2&=4\frac{ab}{2}+c^2,\\ a^2+2ab+b^2&=2ab+c^2,\\ a^2+b^2&=c^2. \end{aligned}$$このデモでは、整数の測定値の描画だけでなく、任意の直角三角形の等価性について説明します。 なぜ比率は角度だけに依存するのでしょうか? 同じ鋭角を持つ 2 つの直角三角形は、3 つの角がすべて等しいです。それらは類似しており、対応する辺が同じ比率になっています。すべての辺に同じ数を掛けても、商は変わりません。以下を定義します。 $$\operatorname{sen}\alpha=\frac{\text{oposto}}{\text{hipotenusa}},\qquad \cos\alpha=\frac{\text{adjacente}}{\text{hipotenusa}},$$ $$\tan\alpha=\frac{\text{oposto}}{\text{adjacente}}.$$斜辺を 1 に縮小し、角度を平面の原点に配置すると、2 本の足がサイクル点の座標になります。したがって、前の章の定義と三角形の定義は一致します。 相似な三角形が 3 つできる高さ 斜辺を $c$ とします。直角から描いた高さ$h$は、$c$を$p$と$q$の部分に分割します。 $a$ を斜辺への投影が $p$ を測定する側とし、$b$ を $q$ に関連付けられた側とします。 三角形の相似により、$a/c=p/a$ と $b/c=q/b$ が得られます。横方向に乗算する: $$a^2=cp,\qquad b^2=cq.$$$ab/2=ch/2$、$h=ab/c$の順に領域を比較します。ロゴ:

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方程式: 隠れた角を探す

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 7 章を​​完了. キャビンはいつ同じ高さに達しますか? $\operatorname{sen} x=1/2$ を探すことは、キャビンが $1/2$ の高さでどの位置にあるかを尋ねることです。水平線は 2 つの点でサイクルを切り取ります。1 つは第 1 象限に、もう 1 つは第 2 象限にあります。 1ターンでは$30°$と$150°$になります。 この章では、主な例で度を使用しています。 $\pi$と表示された場合、角度はラジアン単位で表示されます。 デモ: 2 つの応答ファミリー $\alpha$と$180°-\alpha$の点は同じ高さになります。また、フルターンはポイントを維持します。水平線は最大 2 点で円を切るため、これらはすべて可能性があります。ロゴ: $$\operatorname{sen} x=\operatorname{sen}\alpha\iff \begin{cases} x=\alpha+360°k,\ \text{ou}\\ x=180°-\alpha+360°k. \end{cases}$$コサインの場合、垂直線は点 $\alpha$ と $-\alpha$ を示します。 $$\cos x=\cos\alpha\iff x=\pm\alpha+360°k.$$接線の場合、反対方向は同じ座標商を持ちます。 $$\tan x=\tan\alpha\iff x=\alpha+180°k,$$定義された接線を使用します。ここで、$k$ は整数です。ラジアンを使用する場合は、$360°$ を $2\pi$ に、$180°$ を $\pi$ に変更します。 範囲を指定した例 $\operatorname{sen} x=1/2$を$0°\le x<720°$に解きます。最初のファミリーからは $30°$ と $390°$ が生じます。 2 番目の $150°$ と $510°$。休憩は 2 周可能です。完全な回答は範囲の端を尊重します。 要求されたサインまたはコサインの値が $[-1,1]$ の範囲外である場合、実際の解決策はありません。例えば$\cos x=2$は不可です。

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変換: 新しい式の構築

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 6 章を完了. ターンを追加しても高さは追加されません $30°$ の後に $30°$ を繰り返すと、結果は $60°$ になります。ただし$\operatorname{sen}30°+\operatorname{sen}30°=1$、一方$\operatorname{sen}60°=\sqrt3/2$。回転時に座標がどのように変化するかを調べる必要があります。 これは高度なステップです。文字ビーズがまだ新しい場合は、$75°$ の例に従い、大人と一緒にデモンストレーションに戻ります。 加算式のデモンストレーション 角度 $a$ の回転後、長さ 1 の水平ベクトルは $(\cos a,\operatorname{sen} a)$ を指します。これに垂直で長さ 1 の垂直ベクトルは $(-\operatorname{sen} a,\cos a)$ を指します。これは、最初の回転ベクトルに $90°$ を加えたものです。 この回転の前、角度点 $b$ は、サイズ $\cos b$ の水平変位とサイズ $\operatorname{sen} b$ の垂直変位の合計です。回転すると、長さと変位の合計が保持されます。 $a$ を回転した後の位置は次のようになります。 $$\begin{aligned} (\cos(a+b),\operatorname{sen}(a+b)) &=\cos b(\cos a,\operatorname{sen} a)\\ &\quad+\operatorname{sen} b(-\operatorname{sen} a,\cos a). \end{aligned}$$座標を比較すると、次のようになります。 $$\cos(a+b)=\cos a\cos b-\operatorname{sen} a\operatorname{sen} b,$$ $$\operatorname{sen}(a+b)=\operatorname{sen} a\cos b+\cos a\operatorname{sen} b.$$$b$ を $-b$ に置き換え、パリティを使用すると、次のようになります。 $$\cos(a-b)=\cos a\cos b+\operatorname{sen} a\operatorname{sen} b,$$

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注目すべき角度: 折り畳む三角形と多角形

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 V 章を完了する. 正方形を作る 一辺が1の正方形を描き、対角線を描きます。 2 つの直角を半分に分割します。$45°$、$45°$、および $90°$ の角度を持つ 2 つの三角形が表示されます。ピタゴラスの定理によれば、対角線は $\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt2$ になります。 直角三角形の鋭角の場合、正弦は斜辺で割った反対側の辺になります。コサインは、斜辺で割られた隣接する辺です。これらの比率はサイクル座標と一致します。角度を変更せずに、斜辺をメジャー 1 まで縮小するだけです。 デモ: 45 度の値 四角三角形では、脚の長さは 1、斜辺の長さは $\sqrt2$ になります。ロゴ: $$\operatorname{sen}45°=\cos45°=\frac1{\sqrt2}=\frac{\sqrt2}{2}.$$分子と分母に $\sqrt2$ を掛けて、最後の形式を取得します。接線は$1/1=1$です。 デモンストレーション: 30 度および 60 度の値 2の隣に正三角形を作成します。 3 つの角度は等しく、合計すると $180°$ になるため、測定値は $60°$ になります。頂点からの高さをプロットします。対称性により、底面は 1 の 2 つの部分に分割され、上部の角は $30°$ の 2 つの部分に分割されます。 できた直角三角形は斜辺が2、小さい辺が1、高さが$h$となります。ピタゴラスは次のことを提供します。 $$h^2+1^2=2^2\quad\Rightarrow\quad h=\sqrt3.$$角度が$30°$の場合、反対側は1になります。 $60°$の場合は$\sqrt3$を測定します。テーブルを取得します。 角度 正弦 余弦 正接 $30°=\pi/6$ $1/2$ $\sqrt3/2$ $\sqrt3/3$ $45°=\pi/4$ $\sqrt2/2$ $\sqrt2/2$ 1 $60°=\pi/3$ $\sqrt3/2$ $1/2$ $\sqrt3$ 表は 2 つの図面の結果です。入力を忘れた場合は、三角形をやり直してください。

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対称性: 1 つのテーブルがラウンド全体を担当します

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 4 章を完了. ホイールミラー 第 1 象限に点を描き、その反射を第 2 象限に描きます。高さは同じですが、水平位置で符号が変わります。対称性を使用すると、第 1 象限だけを知って回転全体の値を計算できます。 $\alpha$が$0°$と$90°$の間にある場合、対応点は$(\cos\alpha,\operatorname{sen}\alpha)$となります。それを軸と中心に反映させます。 角度 座標 正弦 余弦 $180°-\alpha$ $(-\cos\alpha,\operatorname{sen}\alpha)$ $\operatorname{sen}\alpha$ $-\cos\alpha$ $180°+\alpha$ $(-\cos\alpha,-\operatorname{sen}\alpha)$ $-\operatorname{sen}\alpha$ $-\cos\alpha$ $360°-\alpha$ $(\cos\alpha,-\operatorname{sen}\alpha)$ $-\operatorname{sen}\alpha$ $\cos\alpha$ デモ: リフレクションを読む $150°=180°-30°$ 点は、縦軸上の $30°$ 点を反映したものです。この軸を反映すると、$(x,y)$ が $(-x,y)$ に変わります。したがって、2 つの新しい測定値を記憶する必要はありません。 $$\operatorname{sen}150°=\operatorname{sen}30°=\frac12,$$ $$\cos150°=-\cos30°=-\frac{\sqrt3}{2}.$$タンジェントはこれらの測定値の商です。したがって、$150°$ では $-1/\sqrt3=-\sqrt3/3$ になります。同じ理由で、表の各行が正当化されます。 サインマップ 第 1 象限では、サインとコサインが正になります。 2 番目では、正のサインと負のコサインです。 3番目では、両方とも否定的です。 4 番目は、負のサインと正のコサインです。 2 つの符号が同じ場合、タンジェントは正となり、異なる場合は負となります。 このルールを軸に四分円であるかのように適用しないでください。座標が 0 になり、一部の関数が存在しなくなります。 負のスピン、偶数関数と奇数関数 角度点 $\theta$ と $-\theta$ は水平軸上の反射です。したがって: $$\cos(-\theta)=\cos\theta,\qquad \operatorname{sen}(-\theta)=-\operatorname{sen}\theta.$$$f(-x)=f(x)$ の関数はパーです。 $f(-x)=-f(x)$ が付いているものは奇数です。コサインとセカントはペアです。サイン、タンジェント、コタンジェント、コセカントは奇数であり、常にそれぞれの領域内にあります。 高さと幅を交換する 直角三角形では、2 つの鋭角の合計は $90°$ になります。一方の反対側は他方に隣接します。このような:

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基本的な関係: 部分が互いに適合する

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 3 章を完了. 2つの施策を組み合わせたもの 第 1 象限の座標 $(3/5,4/5)$ で点をマークします。その水平方向と垂直方向の変位により、直角三角形の脚が形成されます。中心までの距離は1です。 $(3/5)^2+(4/5)^2=9/25+16/25=1$ なので、これはサイクル内のポイントです。 デモンストレーション: 基本的なアイデンティティ ピタゴラスの定理によれば、直角三角形では、斜辺の二乗は脚の二乗の和になります。サイクル内の点の場合、脚の長さは $|\cos\theta|$ と $|\operatorname{sen}\theta|$、斜辺の寸法は 1 です。二乗すると兆候が消えます。したがって、どの象限でも次のようになります。 $$\operatorname{sen}^2\theta+\cos^2\theta=1.$$$\operatorname{sen}^2\theta$と書くと$(\operatorname{sen}\theta)^2$を意味します。軸点でも等式が直接適用されます。一方の座標はゼロで、もう一方の座標は 1 または -1 です。 この平等性を同一性と呼びます。つまり、その領域のあらゆる角度に適用されます。 $\operatorname{sen}\theta=1/2$ は特定の角度にのみ適用される方程式です。 2 つの新しいアイデンティティ $\cos\theta\ne0$ の場合、各単位項を $\cos^2\theta$ で割ります。 $$\frac{\operatorname{sen}^2\theta}{\cos^2\theta}+1 =\frac1{\cos^2\theta}.$$定義上、$1+\tan^2\theta=\sec^2\theta$。 $\operatorname{sen}\theta\ne0$の場合、$\operatorname{sen}^2\theta$で割ると$1+\cot^2\theta=\csc^2\theta$になります。 条件は式に従います。分数を含む等式は、すべての分数が存在する場合にのみ使用できます。 例: 広場が隠れている標識 $\operatorname{sen}\theta=3/5$ であることはわかっています。それから: $$\cos^2\theta=1-\frac9{25}=\frac{16}{25}.$$したがって、$\cos\theta=4/5$または $-4/5$。点が第 2 象限にある場合は、中心の左側にある $-4/5$ を選択します。この場合は$\tan\theta=(3/5)/(-4/5)=-3/4$となります。 アイデンティティを証明する方法 一方の側から始めて、もう一方の側に到達するまで、既知の等式を使用します。 1 つの角度をテストするだけでは十分ではありません。すべての角度についての主張には一般的な議論が必要です。 たとえば、$\cos\theta\ne0$ の場合: $$\begin{aligned} (1-\operatorname{sen}\theta)(1+\operatorname{sen}\theta) &=1-\operatorname{sen}^2\theta\\ &=\cos^2\theta. \end{aligned}$$得られた等式は、割り算が行われていないため、コサインがゼロの場合でも有効です。両辺を $\cos^2\theta$ で割って 1 を取得すると、$\cos\theta\ne0$ が必要になります。式を簡略化しても、最初に禁止されていたポイントは返されません。 バグラボ 二乗和は1なので、誰かが$\operatorname{sen}\theta+\cos\theta=1$と書きました。 $\theta=45°$ を試してください。合計は $\sqrt2$ となり、1 とは異なります。たった 1 つの反例が普遍的な主張を破壊します。この違いを維持することは、あらゆる数学に役立ちます。

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循環機能: 波を起こすホイール

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 2 章を完了. 観覧車小屋 中心が高さ 0、半径が 1 の観覧車を想像してください。キャビンが回転すると高さが変わります。水平位置も変わります。これら 2 つの測定値に名前を付けてみましょう。 サイクル上の点の座標は $P=(x,y)$ です。回転角度$\theta$に対して、$\cos\theta=x$と$\operatorname{sen}\theta=y$を定義します。 コサイン は水平位置です。 正弦、符号付きの高さ。左側では、$x$ は負です。中央より下の $y$ はマイナスです。 関数 は、ドメイン内の各入力を 1 つの出力に関連付けるルールです。サインとコサインの場合、任意の実数をラジアン単位で入力できます。出力は $-1$ と $1$ の間です。 ホイールからグラフへ 表を作成し、角度を横軸に、関数の値を縦軸に配置します。 スピン $0°$ $90°$ $180°$ $270°$ $360°$ 正弦 0 1 0 −1 0 余弦 1 0 −1 0 1 これらの点の間で、値は継続的に変化します。滑らかな曲線を描きます。次に、別のラウンドで描画を繰り返します。入力の同じ正のシフトがすべての値を繰り返す場合、 関数は周期的です。これらのシフトの中で最も小さいものが存在する場合、それが基本周期です。 デモンストレーション: なぜ波は繰り返されるのでしょうか? 一回転すると、キャビンは同じポイントに戻ります。したがって、その 2 つの座標は前の座標と同じです。 $$\operatorname{sen}(\theta+2\pi)=\operatorname{sen}\theta,\qquad \cos(\theta+2\pi)=\cos\theta.$$1 回転未満の正の回転では、すべての点の水平位置が維持されます。特に、コサインは 1 回転完了した後でのみ 1 に戻ります。正弦波の場合、その最大値 1 は 1 回完全に回転した後にのみ再表示されます。したがって、両方とも基本周期 $2\pi$ を持ちます。

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円弧と角度: 回転の数学

インタラクティブ ブック内: すべてのデモンストレーションと演習を含む第 1 章を完了. ターンから始める 壁に向かって立ち、反対側の壁に向かうまで向きを変えます。あなたは振り向いた。さらに半回転するとスタート位置に着きます。 角度は、同じ原点の 2 つの光線の間の開口部を測定します。一方から他方への回転を追跡することもできます。 紙のディスクを用意してください。中心Oと端の2点AとBに印を付けます。セグメント OA と OB は光線です。 A から B に向かう曲線は円弧です。異なる点間のエッジに沿って 2 つのパスがあります。どちらを使用しているかを言ってください。直線線分AB は円弧とは異なり弦です。 度数: 周りを割る 1周は $360°$。半回転は $180°$ そして部屋には $90°$。間の角度 $0°$ そして $90°$ それは鋭いです。間 $90°$ そして $180°$、鈍い。の角度 $90°$ まっすぐです。 各度には 60 秒角があり、各分には 60 秒角があります。角度の単位は$1°=60'$と$1'=60''$です。たとえば、$30/60=1/2$ のため $12°30'=12{,}5°$。 デモンストレーション: 紐を使ってアーチを測定する 半径$r$、長さ$2\pi r$の円を使用します。ここで、$\pi$ は円の長さと直径の比です。約$3{,}14159$。 ターンの端数 $\alpha/360°$ を占める円弧には長さがあります $$s=\frac{\alpha}{360°}\,2\pi r.$$もう一つ単位があってラジアンは半径と同じ長さの円弧を切る中心角です。ラジアン単位の測定値は $\theta=s/r$ です。回転の長さは $2\pi r$ なので、$2\pi$ ラジアンになります。したがって: