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  • 1 # 鄭綺微

    如右圖,當平面上的三點A、B、C的連線,AB、AC、BC,構成一個直角三角形,其中∠ACB為直角。對於AB與AC的夾角∠BAC而言:

    Rt△ABC

    鄰邊(adjacent)b=AC

      對邊(opposite)a=BC

      斜邊(hypotenuse)h=AB

      鄰邊(adjacent)b=AC

      

    基本函式 英文 縮寫 表示式 語言描述

    正弦函式

    Sine sin a/h ∠A的對邊比斜邊

    餘弦函式

    Cosine cos b/h ∠A的鄰邊比斜邊

    正切函式

    Tangent tan a/b ∠A的對邊比鄰邊

    餘切函式

    Cotangent cot b/a ∠A的鄰邊比對邊

    正割函式

    Secant sec h/b ∠A的斜邊比鄰邊

    餘割函式

    Cosecant csc h/a ∠A的斜邊比對邊 

      注:tan、cot曾被寫作tg、ctg,現已不用這種寫法。

    罕見三角函式

      除了上述六個常見的函式,還有一些不常見的三角函式:

    versin

    函式名 與常見函式轉化關係

    正矢函式

    versinθ=1-cosθ

    vercosinθ=1+cosθ

    餘矢函式

    coversinθ=1-sinθ

    covercosinθ=1+sinθ

    半正矢函式

    haversinθ=(1-cosθ)/2

    havercosinθ=(1+cosθ)/2

    半餘矢函式

    hacoversinθ=(1-sinθ)/2

    hacovercosinθ=(1+sinθ)/2

    外正割函式

    exsecθ=secθ-1

    外餘割函式

    excscθ=cscθ-1

    單位圓定義

      六個三角函式也可以依據半徑為1中心為原點的單位圓來定義。單位圓定義在實際計算上沒有大的價值;實際上對多數角它都依賴於直角三角形。但是單位圓定義的確允許三角函式對所有正數和負數輻角都有定義,而不只是對於在 0 和 π/2 弧度之間的角。它也提供了一個影象,把所有重要的三角函式都包含了。根據勾股定理,

    三角函式

    單位圓的方程是:x^2+y^2=1

      影象中給出了用弧度度量的一些常見的角。逆時針方向的度量是正角,而順時針的度量是負角。設一個過原點的線,同 x 軸正半部分得到一個角 θ,並與單位圓相交。這個交點的 x 和 y 座標分別等於cosθ和sinθ。影象中的三角形確保了這個公式;半徑等於斜邊且長度為1,所以有 sinθ = y/1 和 cosθ = x/1。單位圓可以被視為是透過改變鄰邊和對邊的長度,但保持斜邊等於 1的一種檢視無限個三角形的方式。

      對於大於 2π 或小於等於2π 的角度,可直接繼續繞單位圓旋轉。在這種方式下,正弦和餘弦變成了週期為 2π的週期函式:對於任何角度 θ 和任何整數 k。

      週期函式的最小正週期叫做這個函式的“基本週期”。正弦、餘弦、正割或餘割的基本週期是全圓,也就是 2π 弧度或 360°;正切或餘切的基本週期是半圓,也就是 π 弧度或 180°。上面只有正弦和餘弦是直接使用單位圓定義的,其他四個三角函式的定義如圖所示。

      

    其他四個三角函式的定義

    在正切函式的影象中,在角 kπ 附近變化緩慢,而在接近角 (k + 1/2)π 的時候變化迅速。正切函式的影象在 θ = (k + 1/2)π 有垂直漸近線。這是因為在 θ 從左側接進 (k + 1/2)π 的時候函式接近正無窮,而從右側接近 (k + 1/2)π 的時候函式接近負無窮.

      

    三角函式

    另一方面,所有基本三角函式都可依據中心為 O 的單位圓來定

      義,類似於歷史上使用的幾何定義。特別 是,對於這個圓的弦 AB,這裡的 θ 是對向角的一半,sin θ 是 AC(半弦),這是印度的阿耶波多介入的定義。cosθ 是水平距離 OC,versin θ =1-cosθ 是CD。tanθ是透過 A 的切線的線段 AE 的長度,所以這個函式才叫正切。cotθ 是另一個切線段 AF。 secθ =OE 和 cscθ =OF 是割線(與圓相交於兩點)的線段,所以可以看作 OA 沿著 A 的切線分別向水平和垂直軸的投影。DE 是 exsecθ = secθ-1(正割在圓外的部分)。透過這些構造,容易看出正割和正切函式在 θ 接近 π/2的時候發散,而餘割和餘切在 θ 接近零的時候發散。

    編輯本段級數定義

      只使用幾何和極限的性質,可以證明正弦的導數是餘弦,餘弦的導數是負的正弦。(在微積分中,所有角度都以弧度來度量)。我們可以接著使用泰勒級數的理論來證明下列恆等式對於所有實數 x 都成立:

      

    這些恆等式經常被用做正弦和餘弦函式的定義。它們經常被用做三角函式的嚴格處理和應用的起點(比如,在傅立葉級數中),因為無窮級數的理論可從實數系的基礎上發展而來,不需要任何幾何方面的考慮。這樣,這些函式的可微性和連續性便可以單獨從級數定義來確立。

      其他級數可見於:

      

    注:Un是n次上/下數,

      Bn是n次伯努利數,

    編輯本段三角函式線

      依據單位圓定義,

      我們可以做三個有向線段(向量)來表示正弦、餘弦、正切的值。

      如圖所示,圓O是一個單位圓,P是α的終邊與單位圓上的交點,M點是P在x軸的投影,S(1,0)是圓O與x軸正半軸的交點,過S點做圓O的切線l。

      那麼向量MP對應的就是α的正弦值,向量OM對應的就是餘弦值。OP的延長線(或反向延長線)與l的交點為T,則向量ST對應的就是正切值。向量的起止點不能顛倒,因為其方向是有意義的。

      藉助線三角函式線,我們可以觀察到第二象限角α的正弦值為正,餘弦值為負,正切值為負。

      1.銳角三角函式定義

      銳角角A的正弦(sin),餘弦(cos)和正切(tan),餘切(cot)以及正割(sec),(餘割csc)都叫做角A的銳角三角函式。

      正弦(sin)等於對邊比斜邊;

      餘弦(cos)等於鄰邊比斜邊;

      正切(tan)等於對邊比鄰邊;

      餘切(cot)等於鄰邊比對邊;

      正割(sec)等於斜邊比鄰邊;

      餘割 (csc)等於斜邊比對邊。

      2.互餘角的三角函式關係

      sin(90°-α)=cosα, cos(90°-α)=sinα,

      tan(90°-α)=cotα, cot(90°-α)=tanα。

      3.同角三角函式間的關係

      商數關係:

      sinA/cosA=tanA

      •平方關係:

      sin^2(A)+cos^2(A)=1

      •積的關係:

      sinA=tanA•cosA

      cosA=cotA•sinA

      cotA=cosA•cscA

      tanA•cotA=1

      •倒數關係:

      直角三角形ABC中,

      角A的正弦值就等於角A的對邊比斜邊,

      餘弦等於角A的鄰邊比斜邊

      正切等於對邊比鄰邊,

      餘切等於鄰邊比對邊

      4.三角函式值

      (1)特殊角三角函式值

      (2)0°~90°的任意角的三角函式值,查三角函式表。

      (3)銳角三角函式值的變化情況

      (i)銳角三角函式值都是正值

      (ii)當角度在0°~90°間變化時,

      正弦值隨著角度的增大(或減小)而增大(或減小)

      餘弦值隨著角度的增大(或減小)而減小(或增大)

      正切值隨著角度的增大(或減小)而增大(或減小)

      餘切值隨著角度的增大(或減小)而減小(或增大)

      (iii)當角度在0°≤∠A≤90°間變化時,

      0≤sinα≤1, 1≥cosA≥0,

      當角度在0°<∠A<90°間變化時,

      tanA>0, cotA>0.

      特殊的三角函式值

      

    A 0° 30° 45° 60° 90°

    sinA 0 1/2 √2/2 √3/2 1

    cosA 1 √3/2 √2/2 1/2 0

    tanA 0 √3/3 1 √3 None

    cotA None √3 1 √3/3 0

    “銳角三角函式”屬於三角學,是《數學課程標準》中“空間與圖形”領域的重要內容。從《數學課程標準》看,中學數學把三角學內容分成兩個部分,第一部分放在義務教育第三學段,第二部分放在高中階段。在義務教育第三學段,主要研究銳角三角函式和解直角三角形的內容,本套教科書安排了一章的內容,就是本章“銳角三角函式”。在高中階段的三角內容是三角學的主體部分,包括解斜三角形、三角函式、反三角函式和簡單的三角方程。無論是從內容上看,還是從思考問題的方法上看,前一部分都是後一部分的重要基礎,掌握銳角三角函式的概念和解直角三角形的方法,是學習三角函式和解斜三角形的重要準備。

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