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数学I

三角さんかく — sin・cos・tan と鈍角どんかくへの拡張かくちょう

最終確認日:

このしょうまなぶこと

中学ちゅうがくまなんだ 「直角三角形ちょっかくさんかっけいへん」 を高校こうこうでは 三角比さんかくひ という体系たいけいし、 さらに 鈍角どんかくまで拡張かくちょう します。 だい 7 しょう正弦定理せいげんていり余弦定理よげんていりだい 8 しょう図形ずけい計量けいりょう土台どだい

  • sinθ,cosθ,tanθ\sin\theta, \cos\theta, \tan\theta定義ていぎ (鋭角えいかく)
  • 特殊角とくしゅかく 30°,45°,60°30°, 45°, 60°あたい
  • 0°θ180°0° \leq \theta \leq 180° への拡張かくちょう (単位たんいえん使つかう)
  • 三角さんかく相互関係そうごかんけい
  • 三角さんかくふくしき計算けいさん

ポイント: sin,cos,tan\sin, \cos, \tan記号きごうこわがらない こと。 「あるかくたいするへん」 とおもえば、 普通ふつうかずおなじように計算けいさんできます。

1. 直角ちょっかく三角形さんかくけい三角さんかく

鋭角えいかくθ\theta (0°<θ<90°0° < \theta < 90°) の三角さんかく

直角ちょっかく三角形さんかくけいC=90°\angle C = 90°A=θ\angle A = \theta とすると:

名前なまえ記号きごう
正弦せいげん (サインさいん)sinθ\sin\theta対辺斜辺=ac\dfrac{\text{対辺}}{\text{斜辺}} = \dfrac{a}{c}
余弦よげん (コサインこさいん)cosθ\cos\theta隣辺斜辺=bc\dfrac{\text{隣辺}}{\text{斜辺}} = \dfrac{b}{c}
正接せいせつ (タンジェントたんじぇんと)tanθ\tan\theta対辺隣辺=ab\dfrac{\text{対辺}}{\text{隣辺}} = \dfrac{a}{b}

ここで 「対辺たいへん」 = 角θ\thetaかいがわへん、 「となりへん」 = 角θ\thetaせっする (斜辺しゃへんでない) へん

おぼかたのコツ

筆記ひっきたいs, c, tかたちをなぞるとる。

  • ss → 「対辺たいへん / 斜辺しゃへん」 (sin\sin)
  • cc → 「となりへん / 斜辺しゃへん」 (cos\cos)
  • tt → 「対辺たいへん / となりへん」 (tan\tan)

大事だいじ:斜辺しゃへん分母ぶんぼ分子ぶんしか」 をかなら確認かくにんサインさいんコサインこさいん斜辺しゃへん分母ぶんぼタンジェントたんじぇんと斜辺しゃへん使つかわない

2. 特殊とくしゅかくあたい

30°,45°,60°30°, 45°, 60°

θ\thetasinθ\sin\thetacosθ\cos\thetatanθ\tan\theta
30°30°12\dfrac{1}{2}32\dfrac{\sqrt{3}}{2}13\dfrac{1}{\sqrt{3}}
45°45°22\dfrac{\sqrt{2}}{2}22\dfrac{\sqrt{2}}{2}11
60°60°32\dfrac{\sqrt{3}}{2}12\dfrac{1}{2}3\sqrt{3}

出所しゅっしょ三角形さんかくけい

  • 45°45°: 直角ちょっかく二等辺三角形にとうへんさんかくけい (へん1:1:21 : 1 : \sqrt{2})
  • 30°,60°30°, 60°: 正三角形せいさんかくけい半分はんぶんった三角形さんかくけい (へん1:3:21 : \sqrt{3} : 2)

0°90°90°

θ\thetasinθ\sin\thetacosθ\cos\thetatanθ\tan\theta
0°001100
90°90°1100(定義ていぎ不能ふのう)

ポイント: tan90°\tan 90° は 「分母ぶんぼ00」 になるため 定義ていぎできない試験しけんでよくっかかるポイント。

3. 三角さんかく拡張かくちょう

単位たんいえん使つか

0° から 180°180° までのかく三角さんかく拡張かくちょうするには、 半径はんけいr=1r = 1単位円たんいえん使つかいます。

座標ざひょう平面へいめん原点げんてんOO中心ちゅうしんに、 xx軸からはん時計とけいまわりに θ\theta だけまわしたはん直線ちょくせんじょうr=1r = 1 の点P(x,y)P(x, y) をとると

三角さんかく定義ていぎ
sinθ\sin\thetayy
cosθ\cos\thetaxx
tanθ\tan\thetayx\dfrac{y}{x} (x0x \neq 0)

鈍角どんかく (90°<θ<180°90° < \theta < 180°) でのあたい

θ\thetasinθ\sin\thetacosθ\cos\thetatanθ\tan\theta
120°120°32\dfrac{\sqrt{3}}{2}12-\dfrac{1}{2}3-\sqrt{3}
135°135°22\dfrac{\sqrt{2}}{2}22-\dfrac{\sqrt{2}}{2}1-1
150°150°12\dfrac{1}{2}32-\dfrac{\sqrt{3}}{2}13-\dfrac{1}{\sqrt{3}}
180°180°001-100

補角ほかく公式こうしき

sin(180°θ)=sinθ\sin(180° - \theta) = \sin\theta cos(180°θ)=cosθ\cos(180° - \theta) = -\cos\theta tan(180°θ)=tanθ\tan(180° - \theta) = -\tan\theta

大事だいじ: 鈍角どんかく三角さんかく対応たいおうする鋭角えいかくあたい符号ふごうをつけえる」 のが基本きほん戦略せんりゃく単位たんいえんでどこにあるか (だい II 象限しょうげん) をイメージすると符号ふごう自然しぜんにわかる。

4. 相互そうご関係かんけい

3 つの重要じゅうよう公式こうしき

sin2θ+cos2θ=1\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1 tanθ=sinθcosθ(cosθ0)\tan\theta = \frac{\sin\theta}{\cos\theta} \quad (\cos\theta \neq 0) 1+tan2θ=1cos2θ1 + \tan^2\theta = \frac{1}{\cos^2\theta}

由来ゆらい

単位円たんいえん上の点(cosθ,sinθ)(\cos\theta, \sin\theta)半径はんけい11円上えんじょうにあるので

x2+y2=1    cos2θ+sin2θ=1x^2 + y^2 = 1 \;\Longleftrightarrow\; \cos^2\theta + \sin^2\theta = 1

例題れいだい

sinθ=35\sin\theta = \dfrac{3}{5}, 90°<θ<180°90° < \theta < 180° のとき、 cosθ,tanθ\cos\theta, \tan\thetaあたいもとめよ。

cos2θ=1sin2θ=1925=1625\cos^2\theta = 1 - \sin^2\theta = 1 - \frac{9}{25} = \frac{16}{25}

θ\theta鈍角どんかくなので cosθ<0\cos\theta < 0:

cosθ=45\cos\theta = -\frac{4}{5}

tanθ=sinθcosθ=3/54/5=34\tan\theta = \frac{\sin\theta}{\cos\theta} = \frac{3/5}{-4/5} = -\frac{3}{4}

ポイント: 平方へいほうをはずすときに かなら符号ふごう確認かくにんθ\theta範囲はんいだいなん象限しょうげんかを判定はんていする習慣しゅうかんをつけましょう。

5. 三角さんかくふく計算けいさん

例題れいだい 1

sinθ+cosθ=12\sin\theta + \cos\theta = \dfrac{1}{2} のとき、 sinθcosθ\sin\theta \cos\thetaあたいもとめよ。

両辺りょうへん平方へいほう:

(sinθ+cosθ)2=sin2θ+2sinθcosθ+cos2θ=14(\sin\theta + \cos\theta)^2 = \sin^2\theta + 2\sin\theta\cos\theta + \cos^2\theta = \frac{1}{4}

sin2θ+cos2θ=1\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1 より

1+2sinθcosθ=141 + 2\sin\theta\cos\theta = \frac{1}{4} sinθcosθ=38\sin\theta\cos\theta = -\frac{3}{8}

例題れいだい 2

sinθcosθ\sin\theta - \cos\thetaあたいもとめよ。

(sinθcosθ)2=12sinθcosθ=1+34=74(\sin\theta - \cos\theta)^2 = 1 - 2\sin\theta\cos\theta = 1 + \frac{3}{4} = \frac{7}{4} sinθcosθ=±72\sin\theta - \cos\theta = \pm\frac{\sqrt{7}}{2}

大事だいじ: sin+cos\sin + \cossincos\sin \cossincos\sin - \cos平方へいほうsin2+cos2=1\sin^2 + \cos^2 = 1相互そうごできます。 三角さんかく計算けいさん王道おうどう

6. 三角さんかくあたいからかくもとめる

れい: sinθ=12\sin\theta = \dfrac{1}{2} (0°θ180°0° \leq \theta \leq 180°) をたす θ\thetaもとめよ。

特殊角とくしゅかくひょうおもすと θ=30°\theta = 30°鈍角どんかくでは 180°30°=150°180° - 30° = 150°答えこたえ

θ=30°,150°\theta = 30°, 150°

例: cosθ=22\cos\theta = -\dfrac{\sqrt{2}}{2} (0°θ180°0° \leq \theta \leq 180°) をけ。

cosθ=22\cos\theta = \dfrac{\sqrt{2}}{2} なら θ=45°\theta = 45° なので、 補角ほかく公式こうしき

θ=180°45°=135°\theta = 180° - 45° = 135°

ポイント: sin\sin2 つかいることがおおい (θ\theta180°θ180° - \theta)。 cos\costan\tan範囲はんいない1 つ だけ (単調たんちょうせいから)。

まとめ

  • 鋭角えいかく三角さんかく直角ちょっかく三角形さんかくけいへん
  • 拡張かくちょう単位円たんいえん で 「xxcos\cos, yysin\sin
  • 補角ほかく公式こうしき鈍角どんかくあたい鋭角えいかく帰着きちゃく
  • 相互そうご関係かんけいsin2+cos2=1\sin^2 + \cos^2 = 1万能ばんのう
  • sinθ=k\sin\theta = kかいが 2 つ、 cos\cos は 1 つ

しょうではこの三角さんかく三角形さんかくけい一般いっぱん適用てきようし、 正弦定理せいげんていり余弦定理よげんていりまなびます。

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