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正弦
鎖定
古代説法,正弦是股與弦的比例。
正弦研究歷史
古代説的“勾三股四弦五”中的“弦”,就是直角三角形中的斜邊,“勾”、“股”是直角三角形的兩條直角邊。
正弦是股與弦的比例,餘弦是餘下的那條直角邊與弦的比例。
正弦=股長/弦長
按現代説法,正弦是直角三角形的對邊與斜邊之比。
現代正弦公式:
sin = 直角三角形的對邊/斜邊.
如圖1,斜邊為r,對邊為y,鄰邊為a。斜邊r與鄰邊a夾角Ar的正弦sinA=y/r
無論a,y,r為何值,正弦值恆大於等於0小於等於1,即0≤sin≤1。
正弦三角函數
三角函數是數學中屬於初等函數中的超越函數的一類函數。它們的本質是任意角的集合與一個比值的集合的變量之間的映射。通常的三角函數是在平面直角座標系中定義的,其定義域為整個實數域。另一種定義是在直角三角形中,但並不完全。現代數學把它們描述成無窮數列的極限和微分方程的解,將其定義擴展到複數系。
三角函數在複數中有較為重要的應用。在物理學中,三角函數也是常用的工具。
在RT△ABC中,如果鋭角A確定,那麼角A的對邊與鄰邊的比便隨之確定,這個比叫做角A的正切,記作tanA
即tanA=角A的對邊/角A的鄰邊
同樣,在RT△ABC中,如果鋭角A確定,那麼角A的對邊與斜邊的比便隨之確定,這個比叫做角A的正弦,記作sinA
即sinA=角A的對邊/角A的斜邊
同樣,在RT△ABC中,如果鋭角A確定,那麼角A的鄰邊與斜邊的比便隨之確定,這個比叫做角A的餘弦,記作cosA
即cosA=角A的鄰邊/角A的斜邊
正弦正弦函數
一般地,在直角座標系中,給定單位圓,對任意角α,使角α的頂點與原點重合,始邊與x軸非負半軸重合,終邊與單位圓交於點P(u,v),那麼點P的縱座標v叫作角α的正弦函數,記作v=sinα。通常,用x表示自變量,即x表示角的大小,用y表示函數值,這樣就定義了任意角的三角函數y=sin x,它的定義域為全體實數,值域為[-1,1]。
表達式:f(x)=Asin(ωx+φ)
正弦相關公式
正弦平方和關係
正弦積的關係
sinα = tanα × cosα(即sinα / cosα = tanα)
cosα = cotα × sinα (即cosα / sinα = cotα)
tanα = sinα × secα (即 tanα / sinα = secα)
正弦倒數關係
tanα × cotα = 1
sinα × cscα = 1
cosα × secα = 1
正弦商的關係
sinα / cosα = tanα = secα / cscα
正弦和角公式
sin ( α ± β ) = sinα · cosβ ± cosα · sinβ
sin ( α + β + γ ) = sinα · cosβ · cosγ + cosα · sinβ · cosγ + cosα · cosβ · sinγ - sinα · sinβ · sinγ
cos ( α ± β ) = cosα cosβ ∓ sinβ sinα
tan ( α ± β ) = ( tanα ± tanβ ) / ( 1 ∓ tanα tanβ )
正弦倍角半角公式
sin ( 3α ) = 3sinα - 4sin3 ( α ) = 4sinα · sin ( 60 + α ) sin ( 60 - α )
由泰勒級數得出
sinx = [ e ^ ( ix ) - e ^ ( - ix ) ] / ( 2i )
級數展開
sin x = x - x3 / 3! + x5 / 5! - ... ( - 1 ) k - 1 * x 2 k - 1 / ( 2k - 1 ) ! + ... ( - ∞ < x < ∞ )
(sinx)' = cosx
(cosx)' = ﹣ sinx
正弦正弦定理
特定正弦函數與橢圓的關係
關於橢圓的周長等於特定的正弦曲線在一個週期內的長度的證明:
半徑為r的圓柱上與一斜平面相交得到一橢圓,該斜平面與水平面的夾角為α,截取一個過橢圓短徑的圓。以該圓和橢圓的某一交點為起始轉過一個θ角。則橢圓上的點與圓上垂直對應的點的高度可以得到
f(c)=r tanα sin(c/r)
r:圓柱半徑
α:橢圓所在面與水平面的角度
c:對應的弧長(從某一個交點起往某一個方向移動)
以上為證明簡要過程,則橢圓(x*cosα)^2+y^2=r^2的周長與f(c)=r tanα sin(c/r)的正弦曲線在一個週期內的長度是相等的,而一個週期T=2πr,正好為一個圓的周長。
早在公元2世紀,正弦定理已想為古希臘天文學家托勒密(C.Ptolemy)所知。中世紀阿拉伯著名天文學家阿爾·比魯尼(al—Birunj,973一1048)也知道該定理。但是,最早清楚地表述並證明該定理的是13世紀阿拉伯數學家和天文學家納綏爾丁。在歐洲,猶太數學家熱爾松在其《正弦、弦與弧》中陳述了該定理:“在一切三角形中,一條邊與另一條邊之比等於其對角的正弦之比”,但他沒有給出清晰的證明。15世紀,德國數學家雷格蒙塔努斯在《論各種三角形》中給出了正弦定理,但簡化了納綏爾丁的證明。1571年,法國數學家韋達(F.Viete,1540一1603)在其《數學法則》中用新的方法證明了正弦定理。之後,德國數學家畢蒂克斯(B.Pitiscus,1561—1613)在其《三角學》中沿用韋達的方法來證明正弦定理
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正弦單位圓
圖像中給出了用弧度度量的某個公共角。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y座標等於sinθ。在這個圖形中的三角形確保了這個公式;半徑等於斜邊並有長度1,所以有了sinθ=y/1。單位圓可以被認為是通過改變鄰邊和對邊的長度並保持斜邊等於 1 查看無限數目的三角形的一種方式。
對於大於2π或小於−2π的角度,簡單的繼續繞單位圓旋轉。在這種方式下,正弦變成了週期為2π的週期函數:
對於任何角度θ和任何整數k。
正弦微分方程
由於正弦的導數是餘弦,餘弦的導數是負的正弦,因此正弦函數滿足微分方程:
這就是正弦的微分方程定義。
正弦正弦積分
正弦恆等變換
用其他三角函數的表示
函數 | ||||||
兩角和的正弦
二倍角公式
三倍角公式
半角公式
和差化積公式
萬能公式
正弦數學術語
正弦拉普拉斯變換
- 參考資料
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- 1. 王翠菁,劉萍.經濟應用數學:東南大學出版社,2015.02:第170頁
- 2. 汪曉勤.20世紀中葉以前的正弦定理歷史[J].數學通報,2016,55(1):1-5,27. .萬方數據庫.2016-03-14[引用日期2017-08-26]
- 3. 餘成波.自動控制原理.北京:清華大學出版社,2009:65-66