三角函數

三角函數值表

三角函數值表
國立蘭陽女中數學科陳敏晧老師

三角函數值表:現行的三角函數值表,是將三角函數的近似值算出並製成表格,表從 $$0^\circ$$ 到 $$90^\circ$$ 間(以 $$10’$$ 為單位,$$1^\circ=60’$$)的各種三角函數值,超過 $$90^\circ$$ 或小於 $$0^\circ$$ 的角,再利用廣義角的性質轉換。表中最左一行由上而下呈現的角度是遞增情形,對應最上一列由左而右有 $$\sin$$$$\cos$$、$$\tan$$、$$\cot$$、$$\sec$$、$$\csc$$ 各個函數符號;表中最右一行由下而上呈現的角度是遞增情形,對應最下一列由左而右印有 $$\cos$$、$$\sin$$、$$\cot$$、$$\tan$$、$$\csc$$ 和 $$\sec$$ 各個函數符號,因此,查表的簡易口訣為「左上右下」,下圖一為三角函數值表的部分表格。

從托勒密定理到和角公式 (From Ptolemy Theorem to Angle sum and difference identities)

從托勒密定理到和角公式 (From Ptolemy Theorem to Angle sum and difference identities)
臺北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師

在高中課程的三角函數單元提及了許多三角公式,像和(差)角公式、倍角公式及半角公式。事實上,這些三角公式(主要是正弦和餘弦函數)都是托勒密(C. Ptolemy, c. 100-178 C.E.)在發展弦表的過程中,提出的一系列命題(有興趣的讀者可參見《The Almagest》一書)。

從課程的安排上,不難發現和角與差角公式處於非常基礎的地位,這個現象在托勒密提出的脈絡中也是相符。然而,托勒密如何發現和角公式?若要讀者好奇地往前追溯,將會驚奇地發現和角公式和托勒密定理有著密切的關係。因此,從托勒密定理出發,也是介紹和角公式一個很好的切入點。

正弦定律 (The Sine Law)

正弦定律 (The Sine Law)
臺北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師

在現行高中課程中,對於正弦定律的推導常是透過三角形面積公式為媒介:

如圖一,給定三角形 \(\Delta ABC\) ,則三角形 \(\Delta ABC\) 的面積為

\(\displaystyle\frac{1}{2}ab\sin C = \frac{1}{2}ac\sin B = \frac{1}{2}bc\sin A\)

因此,\(\displaystyle\frac{{\sin C}}{c} = \frac{{\sin B}}{b} = \frac{{\sin A}}{a} \Rightarrow \frac{a}{{\sin A}} = \frac{b}{{\sin B}} = \frac{c}{{\sin C}}\)

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正弦函數與週期性(Sine Function and Periodicity)

正弦函數與週期性(Sine Function and Periodicity)
台北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立台灣大學數學系翁秉仁教授責任編輯

摘要:本文舉例說明日常生活中隱藏的正弦函數。

高中數學很大部分的課程是在學習基本函數圖形:高一的多項式函數、指數函數、對數函數,高二以後的三角函數… 。

不同的基本函數有不同的特性,多項式是最簡單的函數,曾有一首打油詩描述多項式的特色:「加減乘除都好算,曲線優美不間斷,多項式,讚!」用數學語言更精確的說明,「曲線優美」就是微分連續,「不間斷」是指其為連續函數,不過此特性並非那麼獨特,指對數或三角函數也都是「曲線優美不間斷」,多項式更重要的特色是運算簡單,所以我們很喜歡用多項式逼近其他函數;指數函數的特色是同樣時間間隔內成長倍數相同」;那麼,三角函數的特性是什麼呢?

三角函數的疊合

三角函數的疊合 (Simplifying  \(\sin x+\cos x\))
臺北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立臺灣大學數學系翁秉仁教授責任編

摘要:在學會正弦、餘弦的基本函數圖形及其平移伸縮後,很自然會想知道正弦與餘弦組合(\(y = A\sin x + B \cos x\) )圖形的樣貌,即「三角函數的疊合」。疊合有非常多有趣的切入點,本文簡單點出幾個不同的想法。

正規課本內容

不論任何版本的課本,第一個例子幾乎都是 \(y=\sin x +\cos x\) ,想辦法將 \(y=\sin x +\cos x\) 湊成和角公式,技巧是提出以 \(A\)、\(B\) 為兩股的斜邊,即 \(\sqrt{A^{2}+B^{2}}\) ,就能夠將 \(y=\sin x+\cos x\) 化簡成單一三角函數:

\(\begin{array}{ll} y &=\displaystyle \sin x+\cos x \\&=\displaystyle\sqrt{2}(\frac{1}{\sqrt{2}}\sin x+\frac{1}{\sqrt{2}}\cos x)\\&=\displaystyle\sqrt{2}(\sin x\cos\frac{\pi}{4}+\cos x\sin\frac{\pi}{4})\\&=\displaystyle\sqrt{2}\sin(x+\frac{\pi}{4})~~~~~~~~~(1)\end{array}\)

三角函數積與複數

三角函數積與複數 (Complex Number and Product of Trigonometric Functions)
臺北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立臺灣大學數學系翁秉仁教授責任編輯

連結:三角函數和與複數

摘要:不同於上篇利用圖形對稱性的作法,這裡將棣美弗定理(de Moivre’s formula)、二項式定理(Binomial theorem)作連結,發現其中的恆等式,進而幫助化簡正弦連乘。

題目:試求 ​\( \displaystyle\sin\frac{2\pi}{7}\sin\frac{4\pi}{7}\sin\frac{6\pi}{7} \)​ 之值。

三角函數和與複數

三角函數和與複數(Complex Number and Sum of Trigonometric Functions)
台北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立台灣大學數學系翁秉仁教授責任編輯

摘要:本文介紹一題舊教材常見的和差化積問題,將其與 $$1$$ 的 $$n$$ 次方根連結,直接利用圖形的對稱性即可看出解答。

以下問題為99課綱前高一和差化積常見的練習題,筆者曾經非常不喜歡此題,直至學到了棣美弗定理及 $$1$$ 的 $$n$$ 次方根後,有了新的看法,故本文上篇的重點不在於發展技巧。和差化積容易衍伸出需要技巧的難題,在99課綱已被刪掉,不過此題搭配 $$1$$ 的 $$n$$ 次方根一起看還是很有趣,藉由本文提出與各位分享。

Sine字源(The Etymology of Sine)

Sine字源(The Etymology of Sine)
國立中央大學數學系單維彰副教授/國立中央大學數學系單維彰副教授責任編輯

摘要:簡述「正弦」的觀念及符號,從希臘,經阿拉伯、拉丁文到英文的文字演變。

英文本來有 $$\text{sin}$$ 這個字,讀  $$/s\iota n/$$,是(宗教、道德方面的)罪惡的意思。可是,正弦的 $$\text{sin}$$ 其實是 $$\text{sine}$$ 的縮寫(雖然並沒有縮掉很多),讀  $$/ sa\iota n /$$。而這個英文字,是從拉丁文 $$\text{sinus}$$ 簡化而來。而 $$\text{sinus}$$ 又是什麼意思呢?以下就講這一段故事。

三次方根與三角函數

三次方根與三角函數 (Cubic Roots and Trigonometric Functions)
臺北市立大直高級中學數學科高子婷老師/國立臺灣大學數學系翁秉仁教授責任編輯

摘要:解三次方程式用卡當公式,卡當公式需開複數的立方根,開複數立方根可用棣美弗定理,棣美弗定理又和三角函數脫不了關係,換言之即使低次如三次方程式也和三角函數密切相關,本篇文章就上述幾者的關係做個討論。

棣美弗定理與複數方根

棣美弗最有名的定理,就是高中課本裡的「棣美弗定理」:

$$(\cos\theta+i\sin\theta)^n=\cos n\theta+i\sin n\theta$$

※ 此公式棣美弗證明了 $$n$$ 為自然數時成立,1749年時尤拉則證明了 $$n$$ 為實數也成立。

在高中學習棣美弗定理最主要能幫助我們找複數的方根。

海龍公式的各種證明(下)

海龍公式的各種證明(下)(The Various Proofs of Heron’s FormulaⅡ)
臺北市立第一女子中學數學科蘇俊鴻老師/國立臺灣師範大學數學系許志農教授責任編輯

連結:海龍公式的各種證明(上)

摘要:本文介紹海龍公式的各種證明。

接著來看李善蘭在《天算或問》中的證法,主要是論述等式 \((s-a)(s-b(s-c)=sr^2\),成立。然後兩邊再同乘 \(s\),即得 \(s^2r^2=s(s-a)(s-b)(s-c)\)。

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