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三角比

三角比

% $\bigtriangleup\text{ABC}$ は, $\angle\text{C}$ を直角とする直角三角形であるとする。 $\angle\text{A}=\theta$ とし, $\text{BC}=a$, $\text{CA}=b$, $\text{AB}=c$ とする。 このとき, 角 $\theta$ の\ommindex{正弦}{せいげん}, \ommindex{余弦}{よげん}, \ommindex{正接}{せいせつ}を, それぞれ % \begin{align*} \sin{\theta}=\frac{a}{c} , \quad \cos{\theta}=\frac{b}{c} , \quad \tan{\theta}=\frac{b}{a} \end{align*} % と定める。 $\sin{\theta}$, $\cos{\theta}$, $\tan{\theta}$ を総称して\ommindex{三角比}{さんかくひ}という。 三角比を $0^{\circ}\le \theta\le 180^{\circ}$ に対して定めるために, さらに, 次の性質をもつものとする。 % \begin{enumerate} \item[(1)] $\sin{0^{\circ}}=0, \quad \cos{0^{\circ}}=1, \quad \tan{0^{\circ}}=0$ \item[(2)] $\sin{90^{\circ}}=1, \quad \cos{90^{\circ}}=0$ \item[ ] $\tan{90^{\circ}}$ は定義しない。 \item[(3)] $\sin{(180^{\circ}-\theta)}=\sin{\theta}$ \item[ ] $\cos{(180^{\circ}-\theta)}=-\cos{\theta}$ \item[ ] $\tan{(180^{\circ}-\theta)}=-\tan{\theta}$ \end{enumerate} % %

三角比の基本公式

自然数 $n$ に対して, $(\sin{\theta})^n$, $(\cos{\theta})^n$, $(\tan{\theta})^n$ をそれぞれ $\sin^n{\theta}$, $\cos^n{\theta}$, $\tan^n{\theta}$ と書く。 三角比の定義から, $\theta\ne 90^{\circ}$ に対して % \begin{align*} \tan{\theta}=\frac{\sin{\theta}}{\cos{\theta}} \end{align*} % が成り立つ。 また, 三平方の定理から % \begin{align*} \sin^2{\theta}+\cos^2{\theta}=1 , \quad \tan^2{\theta}+1=\frac{1}{\cos^2{\theta}} \end{align*} % が成り立つ。 さらに, $0^{\circ}<\theta<90^{\circ}$ のとき, % \begin{align*} & \sin(90^{\circ}-\theta)=\cos{\theta} , \quad \cos(90^{\circ}-\theta)=\sin{\theta} \\ & \tan(90^{\circ}-\theta)=\frac{1}{\cos{\theta}} \end{align*} % が成り立つ。 %

応用例

  • 回転運動 (工業力学(V-A-3 力学))
  • 応力とひずみ(4) (材料力学(V-A-3 力学))
  • 流体の静力学(6) タンク内圧力 (流れ学 (V-A-4 熱流体))
  • 流体の動力学(6) オイラーの運動方程式とベルヌーイの定理 (流れ学 (V-A-4 熱流体))
  • 応力とひずみ(5) (材料力学(V-A-3 力学))
  • ふく射伝熱(5) 複雑な物体間のふく射と形態係数 (伝熱工学(V-A-4 熱流体))
  • 流体の静力学(9) 傾斜平板に作用する全圧力 (流れ学 (V-A-4 熱流体))
  • 流体の性質(11) 表面張力と毛細管現象 (流れ学 (V-A-4 熱流体))
  • 流体の性質(12) 表面張力と毛細管現象 (流れ学 (V-A-4 熱流体))
  • 流体の動力学(16) 曲管における運動量の法則 (流れ学 (V-A-4 熱流体))

三角形

三角形

% 通常, $\bigtriangledown\text{ABC}$ を扱うときは, 各頂点の内角の大きさを, 頂点と同じアルファベットを用いて % \begin{align*} \angle\text{A}=A , \quad \angle\text{B}=B , \quad \angle\text{C}=C \end{align*} % と表す。 また, 各頂点の対辺の長さを, 頂点と同じアルファベットの小文字を用いて % \begin{align*} \text{BC}=a , \quad \text{CA}=b , \quad \text{AB}=c \end{align*} %$$, と表す。 以下, この項目ではこの記号を使う。 %

正弦定理

% 三角形の外接円 (3つの頂点を通る円) の半径を $R$ とするとき, % \begin{align*} \frac{a}{\sin{A}} = \frac{b}{\sin{B}} = \frac{c}{\sin{C}} = 2R \end{align*} % が成り立つ。 これを\ommindex{正弦定理}{せいげんていり}という。 %

余弦定理

% 角 $C=90^{\circ}$ の場合には, 三平方の定理 % \begin{align*} c^2=a^2+b^2 \end{align*} % が成り立つ。 $C$ がどんな大きさであっても, % \begin{align*} c^2=a^2+b^2-2ab\cos{C} \end{align*} % が成り立つ。 $C=90^{\circ}$ のとき $\cos{C}=0$ であるから, 三平方の定理をなる。 $a$, $b$, $c$ を入れ替えれば, 任意の三角形について % \begin{align*} a^2 &=b^2+c^2-2bc\cos{A} \\ b^2 &=c^2+a^2-2ca\cos{B} \\ c^2 &=a^2+b^2-2ab\cos{C} \end{align*} % が成り立つ。 これを\ommindex{余弦定理}{よげんていり}という。 これらは辺の長さを求める公式であるが, 角の大きさを求める場合には, 次の形で用いられる。 % \begin{align*} \cos{A} &=\frac{b^2+c^2-a^2}{2bc} \\ \cos{B} &=\frac{c^2+a^2-b^2}{2ca} \\ \cos{C} &=\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab} \end{align*} % %

三角形の面積

% 三角形の面積を $S$ とすれば % \begin{align*} S = \frac{1}{\,2\,}ab\sin{C} = \frac{1}{\,2\,}bc\sin{A} = \frac{1}{\,2\,}ca\sin{B} \end{align*} % が成り立つ。 %

ヘロンの公式

% 三角形の面積 $S$ は, 辺の長さだけを用いて表すことができる。 $s=a+b+c$ とするとき % \begin{align*} S=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)} \end{align*} % が成り立つ。 これを\ommindex{ヘロンの公式}{へろんのこうしき}という。 %