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Trigonometry · real student question

arctan(0.003) をラジアンと度で求めよ。

Question

次をラジアンと度で求めよ。

arctan⁡(0.003)\arctan(0.003)

Step-by-step solution

  1. 問われていることを述べる。 arctan⁡(0.003)\arctan(0.003) とは、(−π2,π2)\left(-\tfrac{\pi}{2},\tfrac{\pi}{2}\right) の中で tan⁡θ=0.003\tan\theta=0.003 を満たす角 θ\theta である。逆正接はすべての実数を入力として受け取るので、arcsin や arccos と違って定義域の確認は要らない。

  2. 微小角の法則で答えを予想する。 テイラー展開は

    arctan⁡t=t−t33+t55−⋯\arctan t=t-\frac{t^3}{3}+\frac{t^5}{5}-\cdots

    である。t=0.003t=0.003 では第 2 項が (0.003)33=9×10−9\tfrac{(0.003)^3}{3}=9\times10^{-9} となり、まったく無視できる。したがって arctan⁡(0.003)≈0.003\arctan(0.003)\approx0.003 ラジアンであり、小数第 8 位まで正確である。

  3. ラジアンの値を示す。

    arctan⁡(0.003)=0.0029999910 ラジアン\arctan(0.003)=0.0029999910\ \text{ラジアン}

    級数の予想どおり 0.003−0.000000009=0.0029999910.003-0.000000009=0.002999991 ✓。答えが入力よりごくわずかに小さいのは、正の微小な θ\theta に対して tan⁡θ>θ\tan\theta>\theta だからである。

  4. 度に直す。 180π=57.29578\dfrac{180}{\pi}=57.29578 を掛ける:

    0.002999991×57.29578=0.171887∘≈0.1719∘0.002999991\times57.29578=0.171887^\circ\approx0.1719^\circ

    これは約 10.310.3 分角にあたる。きわめて浅い角であり、勾配や据付の公差に現れる大きさである。

  5. 実務でどこに効いてくるかに触れる。 正接が 0.0030.003 とは 10001000 に対して 33 の勾配のことである。つまり微小角の法則はこう言っている——浅い勾配では、ラジアンで測った角は勾配そのものに等しい。57.357.3 を掛ければそのまま度に変換できる。だからこそ測量士や技術者は、数度以下では勾配と角度を同じものとして扱える。

  6. 逆向きに検算する。 tan⁡(0.002999991)=0.00300000\tan(0.002999991)=0.00300000 ✓ となって入力が小数第 8 位まで復元され、tan⁡(0.171887∘)=0.003000\tan(0.171887^\circ)=0.003000 ✓ でもある。

Answer

arctan⁡(0.003)≈0.002999991 rad≈0.1719∘\arctan(0.003)\approx 0.002999991\ \text{rad}\approx 0.1719^\circ

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