単位円で考える三角関数
原点を中心とする半径 1 の円を単位円といいます。x 軸の正の向きから角 θ だけ回した半径(動径)と単位円との交点を P(x, y) とすると、
tan θ は、直線 OP と直線 x = 1 との交点の y 座標とも一致します(シミュレーターの緑の線)。半径が r の円で考える場合は、sin θ = y/r、cos θ = x/r、tan θ = y/x です。
数学Iの三角比では 0° ≦ θ ≦ 180° を扱いますが、数学IIでは回転の量として θ をいくらでも大きく(負の角も)考えます。これを一般角といいます。反時計回りが正の向き、時計回りが負の向きです。
弧度法(ラジアン)
半径 1 の円で、角 θ に対する弧の長さで角の大きさを表す方法を弧度法といいます。円周は 2π なので、
30° = π/6、45° = π/4、60° = π/3、90° = π/2 はすぐ出てくるようにしておきましょう。
象限と符号
P がどの象限にあるかで、sin θ・cos θ・tan θ の符号が決まります。
| 第1象限 | 第2象限 | 第3象限 | 第4象限 | |
|---|---|---|---|---|
| sin θ(y 座標) | + | + | − | − |
| cos θ(x 座標) | + | − | − | + |
| tan θ(y ÷ x) | + | − | + | − |
正になるものは、第1象限から順に「すべて・sin・tan・cos」と覚える方法があります。
特別な角の値
tan 30° = 1/√3 は、分母を有理化して √3/3 と書くこともあります。
大切な関係式とグラフの性質
- y = sin θ、y = cos θ は周期 2π(360°)で、値の範囲は −1 以上 1 以下
- y = tan θ は周期 π(180°)で、値はすべての実数をとる。θ = π/2 + nπ では定義されず、グラフはこの直線(漸近線)に近づく
- θ と θ + 2πn(n は整数)は同じ動径なので、三角関数の値も同じ
よくある間違い
- sin と cos を逆にする:cos が x 座標(横)、sin が y 座標(縦)です。
- 第2象限の cos の符号:たとえば cos 150° は負(−√3/2)です。x 座標が負になることを図で確かめましょう。
- tan 90° を「∞」と書く:tan 90° は値が定義されないが正しい答えです。
- 度とラジアンをまぜる:θ = π/3 のように弧度法で書いた角に「°」はつけません。
- sin²θ の意味:sin²θ は (sin θ)² のことで、sin(θ²) ではありません。
確認問題
問1 sin 210°、cos 210°、tan 210° の値は?
210° は第3象限で、基準になる角は 30°。sin 210° = −1/2、cos 210° = −√3/2、tan 210° = 1/√3(第3象限なので tan は正)。
問2 5π/4 は何度? またそのときの cos の値は?
π = 180° なので 5π/4 = 225°。第3象限で基準の角は 45° なので、cos 5π/4 = −√2/2。
問3 sin θ = 1/2(0 ≦ θ < 2π)を満たす θ は?
単位円で y 座標が 1/2 になる点は2つあるので、θ = π/6、5π/6。シミュレーターで 30° と 150° を比べてみましょう。
問4 θ = 390° のとき sin θ の値は?
390° = 30° + 360° なので、動径は 30° と同じ。sin 390° = sin 30° = 1/2。
※ 一般角はスライダーで −360°(−2π)から 720°(4π)まで動かせます。