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任意角与诱导公式

任意角允许转过超过一周、顺时针转动或不转动;诱导公式把这些角的三角函数值还原为熟悉角的值。先在单位圆上确定终边,再看横、纵坐标怎样变化,符号就不必靠口诀猜。

同终边的角

从正横轴起逆时针转 θ,顺时针则记负角。转满一周增加 2π 弧度,终点回到同一位置,因此对任意整数 k, sin⁡(θ+2kπ)=sin⁡θ,cos⁡(θ+2kπ)=cos⁡θ. 这说明 θ 与 θ+2kπ 是同终边角,不是同一个转动过程:后者可能多转了几圈。若讨论路程或转动次数,不能只留下终点。

镜像与半周怎样改变坐标

单位圆上角 θ 的点为 (cos⁡θ,sin⁡θ)。把它关于横轴镜像,角变为 −θ,横坐标不变、纵坐标变号: cos⁡(−θ)=cos⁡θ,sin⁡(−θ)=−sin⁡θ. 关于纵轴镜像得到角 π−θ 的点,故 cos⁡(π−θ)=−cos⁡θ,sin⁡(π−θ)=sin⁡θ. 从原点对径的点对应再转半周 π+θ,两个坐标都变号:cos⁡(π+θ)=−cos⁡θ、sin⁡(π+θ)=−sin⁡θ。正切是纵坐标除以横坐标,因此只在分母不为零处使用这些关系。

角 π/2−θ 的横、纵坐标交换,由直角三角形或单位圆的对称性得到 sin⁡(π/2−θ)=cos⁡θ、cos⁡(π/2−θ)=sin⁡θ。把“符号变没变”和“正弦余弦是否互换”分开看,公式便有几何原因。

两个角的实际计算

7π/6=π+π/6,终点在第三象限,两坐标都为负。由 sin⁡(π/6)=1/2、cos⁡(π/6)=3/2 得 sin⁡7π6=−12,cos⁡7π6=−32. 再看 −π/3:它与 5π/3 同终边,余弦为 1/2,正弦为 −3/2。任选一组结果代回 sin2θ+cos2θ=1,可检查数值大小;但这个等式不能单独判断象限中的正负号。

练习:求 sin⁡(11π/6)。角 11π/6=2π−π/6,是 −π/6 的同终边角,所以答案为 −1/2。先确定第四象限的负号,再代入熟悉角的值。

参考资料