三角學:從直角三角形到單位圓

正弦、餘弦與正切

想像你站在斜坡腳下。坡越陡,每往前一步爬升就越多。正弦、餘弦與正切這三個數,正是把一個角轉換成這種「高與寬之間的關係」的工具。它們是整個三角學中最常用的工具,最初的身分就是直角三角形邊長的簡單比值。

取一個直角三角形,盯住它的一個銳角,稱為 theta。相對於 theta,三邊各有名稱:斜邊(最長邊,位於直角的對面)、對邊(在 theta 的正對面)、鄰邊(緊靠 theta 的邊)。於是 sin theta = 對邊 / 斜邊,cos theta = 鄰邊 / 斜邊,tan theta = 對邊 / 鄰邊。注意 tan theta = sin theta / cos theta,因為斜邊相消。舉例:在 3-4-5 直角三角形中,若 theta 的對邊為 3、鄰邊為 4(斜邊為 5),則 sin theta = 3/5 = 0.6,cos theta = 4/5 = 0.8,tan theta = 3/4 = 0.75。

這些比值有用的原因在於:它們只依賴角度,而與三角形的大小無關。任意兩個有相同銳角 theta 的直角三角形彼此相似,對應邊的比值因此相等。光憑這一點,計算機就能為每個角度只存一個 sin theta 值,也讓我們得以量度搆不到的高度與距離。之後我們會用單位圓把定義推廣到所有角,但意義的根源在直角三角形這幅圖中。

一把 12 公尺長的梯子斜靠牆上,與地面成 70 度角。它在牆上搆到多高?牆上的高度是 70 度角的對邊,梯子是斜邊,所以高度 = 12 x sin 70 度,約為 12 x 0.940 = 11.3 公尺。

挑選把已知邊(斜邊)和所求邊(對邊)連起來的比值,就會選到正弦。

正弦與餘弦永遠介於 -1 到 1 之間,但正切沒有上界,且在 90 度處沒有定義,因為此時 cos theta = 0、會出現除以零——這是計算機常見錯誤的來源。

又稱
the three basic trig ratiossin, cos, tan正弦餘弦正切函數