高校1年で習うサイン、コサイン(sin,cos)の値を円を用いて求めます。
こんな方にオススメ
もしあなたが
・$$\sin45°=\frac{1}{\sqrt{2}}、\cos \theta $$、・・・とひとつひとつ丸暗記している
・教科書にのっているたくさんの公式
sin(90°ーθ)=cosθ ,cos(180°ーθ)=ーcosθ もひとつひとつまある暗記している。
という状態でしたら、覚える負担が減りますし、テストなどで思い出す時の確認ができます。
まずは準備
中学3年の三平方の定理で学ぶ次の内容は前提とします。
この2つの直角三角形は昔使っていたと思いますが、三角定規の2種類の形です。辺の比を場所とともに覚えてください。上の写真の左側の2つの直角三角形の辺の比をまずは覚えていてください。1対1対ルート2,1対2対ルート3、といった感じで場所を間違えず覚えていってください。写真の左上の直角三角形は直角二等辺三角形で等しい辺のところを1とすれば、三平方の定理で計算すればのこりの90度の向かい側の一番長いところ(斜辺とよびました)はルート2とでてきます。左下の30°と60°の直角三角形は30°と90°の間が√3であり
60°と90°の間が1、90°の向かい側が2となります。ルート3は1.73ぐらいですので2より短いです。
さらに、右側の2つの直角三角形の辺の比も、このページで扱うsin,cosの分野でよく使うので覚えていくとよいでしょう。ただ、左側の直角三角形をそれぞれルート2や2でわれば作れます。作れるんだということをまずは知っていて下されば十分です。準備はこのくらいで、sin,cosを考えることができます。
まずは、単位円を描きます。
xy平面に、中心を原点O、半径1の円を描きます。
(円を先に描いて、後でxy平面の線を描いたほうがきれいにかけるかもしれません。)
次に、点Pをとります。(とると表現しますが、点Pを新たに図の中に登場させますよという意味です。)
点Pは最初はいつも点(1,0)のところにおきます。スタート位置はいつも
(1,0)です。
さっそく、90°のサイン、コサインを求めてみましょう。
比較的簡単に求められる$$\sin 90^{\circ}, \ \cos 90^{\circ} $$
を求めてみましょう。点Pは(1,0)のところに最初いて、90°反時計回りに
円周上を回転します。(線分OPをOは動かさず、Pが回転させます。)
回転後の点Pのx座標がcos, y座標がsin です。
ポイントです。回転したあとの点Pのx座標がそのままcos,y座標がsinになります。
90°回転したあとの点Pは(0,1)に来ています。したがって、x座標は0ですから、cos 90°=0、y座標は1ですから sin 90°=1となります。
この考え方でsin 180°、cos 180°も求めてみると、スタート位置に点Pを戻し、
180°回転させます。
回転後の点Pの座標は(ー1,0)にきます。
回転後のxがコサイン、yがサインですから、
$$ \cos 180^{\circ}=-1, \ \ \sin 180^{\circ}=0 $$
90°のときも180°のときも角度は違いますが求め方は共通していることに
気づいていただけたら嬉しいです。
座標が少し求めにくいときは 150°を例に
90°や180°は回転してすぐに座標が言える簡単な例でした。
次は、少しだけ座標を求めるのに調べることが必要なものを扱います。
30°の倍数、30°、60°、90°、・・・、45°の倍数、45°、90°、135°、・・・は答えられるように準備しておいていただきたい(テストで聞かれる)のですが、求め方を150°を例にとって紹介します。
回転後の点Pの座標がそのまま、sin,cosになるという考え方は同じです。
スタート位置(1,0)から点Pを150°回転させます。この点Pの座標が分かれば良いのでこの座標を求めていきます。
150°のときは見てすぐ座標は分かりません。(慣れてくると言えるようになりますが、最初の頃は言えなくても気にしないでください)分からないときは
求め方が用意されているので安心してください。
step1 回転後のPからx軸に垂線を下ろす。
点Pからx軸に垂線(x軸と直角90°になるような直線。ここでは真下に下ろせば大丈夫です。)
x軸とぶつかったところ、交点をAとでも名づけましょう。
すると、三角形OAPは直角三角形でしかも、このページで最初に出てきた三角定規が登場しませんか。(今回は30°、60°のほうの三角定規2分の1に縮小したほうです。)
タテの長さ、つまりPAの長さは2分の1ですから、回転後の点Pのy座標も
同じく2分の1です。したがいまして
$$ \sin 150^{\circ} =\frac{1}{2} $$
よこの長さ、OAの長さは2分のルート3です。回転後の点Pのx座標は符号に注意して ー2分のルート3です。
$$ \cos 150^{\circ}=-\frac{\sqrt{3}}{2}$$
この考え方はどの角度でも使えるので身につけていただきたいです。読んでくださってありがとうございました。
追伸 0度のサイン、コサインは回転しないのですから点(1,0)をそのまま使います。
$$\sqrt{3}$$
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