哲水蚤目
[拼音]:sanjiaoxue
[英文]:trigonometry
以研究平面三角形和球面三角形的邊和角的關係為基礎,達到測量上的應用為目的的一門學科。同時還研究三角函式的性質以及它的應用。
簡史
古代埃及人已有三角學知識,三角法主要是適應測量上的需要而產生的。例如,建築金字塔,整理尼羅河氾濫後的耕地,以及通商航海,觀測天象的需要。希臘的自然哲學家泰勒斯的相似理論,可以認為是三角學的萌芽,但歷史上都認為希臘的天文學家喜帕恰斯是三角學的創始者。他著有三角學12卷,並作成弦表。
印度人從天文、測量的角度,曾研究過三角學,在公元6世紀,有阿耶波多第一也曾作出正弦表。中國唐代,瞿曇悉旺達在他所編的《開元佔經》中曾介紹了印度的正弦表。
德國的J.雷格蒙塔努斯曾研究過天文學與三角學。在他的《論三角》一書中,有仿印度人的正弦表作成的非常精密的正、餘弦表。他對天文、航海、測量方面都有很大的貢獻。
16世紀法國著名數學家F.韋達的《應用於三角形的數學法則》,是他對三角法研究的第一本書,其中包括他對解直角三角形、斜三角形的一些貢獻,例如有正切定理:
17世紀法國數學家棣莫弗也研究過三角問題。他曾發現有名的棣莫弗定理:
從17世紀後半期到18世紀,I.牛頓和丹尼爾第一·伯努利曾發現各種三角級數,例如
直到近代,才在三角學中引進現在使用的三角符號,並將三角法作為解析學的一部分,這是從L.尤拉開始的,尤拉曾發現:
中國的戴煦在他所著的《外切密率》中,討論了三角函式線與弧度之間的關係,並在他的《假數測圖》中,結合三角函式與對數函式的冪級數闡明瞭三角函式對數表的作法。
三角函式
在直角座標系中,以原點O為頂點,射線Ox為始邊,Op為終邊的角為θ,設點p的座標為(x,y),距離|Op|=r,這時6個比
由角θ的大小確定,都是θ的函式,稱它們為角θ 的三角函式(見圖1
),分別記以下面的符號:
分別叫做角θ的正弦、餘弦、正切、餘切、正割、餘割。
另外在中國古書中,又把1-cosθ、1-sinθ分別叫做正矢、餘矢,用下面符號表示:
,
因為一個角θ加以360°或2π弧度的整數倍,它的終邊與角θ的終邊相同,因此
即三角函式是周期函式,以2π為週期。
如圖2
以O為圓心,以1為半徑作單位圓。設它與x軸、y軸交於點A、
B
B
T┡分別交於T、T┡,pM⊥Ox,pN⊥Oy。這時另外
Mp、OM、AT、
B
T┡、OT、OT┡、MA、NB
叫做三角函式線,中國古代把它叫做八線。因此,曾把三角法叫做八線學。利用三角函式線,可以畫出三角函式的曲線。例如,標準正弦曲線y=sinx(如圖3
)。
三角函式的基本公式有和角公式:
由此可以匯出差角公式、倍角公式、半形公式以及和差化積與積化和差等公式。
如果θ表示弧度,對於θ的任意值,sinθ、cosθ可用下面的無窮級數表示:
式中n!=1×2×3×…×n。求某一角的正弦值和餘弦值,可以按這些無窮級數求出,並且可以精確到任意小數位。
三角形的解法
設平面三角形的三個角為A、
B
、C,它們的對邊分別為α、b)、с,則有正弦定理:
(R 為外接圓半徑);
餘弦定理:
又設球面三角形的三個角為A、
B
、C,它們的對邊分別為α、β、у,則有正弦定理:
餘弦定理:
利用上述定理以及其他一些定理,可在已知三角形的某些元素(邊或角)時求出其他未知元素。
反三角函式
其定義如表所示:
三角方程
一般指含有某些三角函式的方程,這些三角函式的自變數中含有未知數。
適合於方程的一個未知數的實數值(可以理解為角的弧度數)叫做三角方程的一個解;適合於方程的未知數的實數值的集合叫做三角方程的通解。
形如sinx=α的方程叫做最簡三角方程。它們的解分別是:
(1)sinx=α
當|α|>1時無解。當α=1時通解為
當α=-1時通解為
。當|α|<1時,通解為x=nπ+(-1)narcsin α(n為整數)。
(2)cosx=α
當|α|>1時無解。當α=1時通解為x=2nπ,當α=-1時通解為 x=(2n+1)π。當|α|<1 時通解為x=2nπ±arccosα(n為整數)。
(3)tan x=α
通解為nπ+arctanα (n為整數)。
(4)cot x=α
通解為nπ+arccotα (n為整數)。
一些特殊形式的三角方程可有精確解法。例如,形如ƒ(sinx,cosx,tanx,cotx)=0的方程,這裡ƒ是有理函式,可用萬能公式,令
然後以
代入原方程,即可得到關於t的有理方程。用這個方法,可以求出除了形如x=(2n+1)π以外的方程的所有解。不能用精確解法來解的三角方程,可以用近似方法求解。