三角恆等式計算機
輸入一個已知三角函數值及其所在象限,推算正弦、餘弦、正切、餘割、正割與餘切。
求解全部六種三角函數
選擇已知函數,輸入含正負號的數值,再指定角所在的象限。
關於三角恆等式
三角恆等式連結了描述單位圓上角度的六種函數。圓上一點的座標為 (cos θ, sin θ),因此餘弦是橫座標,正弦是縱座標。正切為兩者之商,即 sin θ / cos θ。三種倒數函數可直接得到:餘割為 1 / sin θ,正割為 1 / cos θ,餘切為 cos θ / sin θ。只要知道任一有效函數值及其象限,就能求出其餘函數值。
核心關係是畢氏恆等式 sin² θ + cos² θ = 1。已知正弦時,餘弦的絕對值為 1 - sin² θ 的平方根;已知餘弦時,同理可求正弦。已知正切時,先決定座標比例,再正規化至單位圓上。若輸入倒數函數,則先取倒數,再套用相同規則。這些步驟直接維持數學關係,而不是先估算角度再轉換回來。
象限決定正負號。在第 I 象限,正弦與餘弦皆為正;在第 II 象限,正弦為正、餘弦為負;在第 III 象限,兩者皆為負;在第 IV 象限,正弦為負、餘弦為正。正弦與餘弦同號時,正切與餘切為正。計算機會核對輸入值的正負號是否符合所選象限,避免將不可能的組合呈現為有效答案。
當角的終邊位於座標軸上時,部分函數沒有定義。例如,餘弦為零時,正切與正割未定義;正弦為零時,餘切與餘割未定義。極大的倒數計算結果也會顯示為未定義,因為不應將零附近的浮點近似誤認為有意義的有限值。
此計算機適用於預備微積分練習、單位圓學習、物理分量、工程公式及手算核對。結果以小數顯示並保留六位,方便實際應用。進行符號證明時,應盡可能保留精確根式與分數,將數值結果用於核對,而非取代代數推理。
三角恆等式範例
| 已知條件 | 部分結果 | 推理說明 |
|---|---|---|
| sin θ = 0.6,第 I 象限 | cos θ = 0.8, tan θ = 0.75 | 第 I 象限內所有函數值皆為正。 |
| cos θ = -0.8,第 II 象限 | sin θ = 0.6, tan θ = -0.75 | 正弦為正,餘弦為負。 |
| tan θ = 1,第 III 象限 | sin θ = -0.707107, cos θ = -0.707107 | 兩個相等的負座標相除,得到正的正切值。 |
如何計算三角恆等式
- 選擇數值已知的三角函數。
- 輸入該函數含正負號的小數值。
- 選擇角所在的象限。
- 按下「計算恆等式」,查看全部六個相關函數值。
三角恆等式常見問題
為什麼必須選擇象限?
平方根只能決定絕對值,無法決定正負號。象限可提供正弦與餘弦的正確正負號。
正弦與餘弦的值域為何?
兩種函數的值皆介於 -1 與 1 之間,包含端點。超出此區間的數值無法對應實數角。
正切可以大於一嗎?
可以。正切不受單位區間限制,在餘弦不為零的條件下,其值可以是任意實數。
為什麼倒數函數可能未定義?
倒數函數涉及以一除以正弦或餘弦。在對應的座標軸角度處,除數為零,因此沒有定義。
顯示的數值是精確值嗎?
計算機使用浮點運算求值,並將顯示結果四捨五入。在符號運算課程中,精確分數或根式可能更合適。