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Trigonometry · real student question

10.752 = 9.13 × 9.8 × 0.01 × cos(a) + 9.13 × 9.8 × sin(a) を角 a について解け。

Question

10.752=9.13⋅9.8⋅0.01⋅cos⁡αm+9.13⋅9.8⋅sin⁡αm10.752 = 9.13\cdot 9.8\cdot 0.01\cdot\cos\alpha_m + 9.13\cdot 9.8\cdot\sin\alpha_m を αm\alpha_m について解け。

Step-by-step solution

  1. 繰り返し現れる定数をくくり出す。 どちらの項も 9.13⋅9.8=89.4749.13\cdot9.8 = 89.474 を共有しているので、方程式全体をこれで割ると 0.01cos⁡αm+sin⁡αm=10.75289.474=0.12016899.0.01\cos\alpha_m + \sin\alpha_m = \frac{10.752}{89.474} = 0.12016899. となる。これは a=0.01a=0.01、b=1b=1 とした標準的な acos⁡α+bsin⁡α=ca\cos\alpha+b\sin\alpha=c の形である。

  2. 補助角を導入する。 sin⁡αm+0.01cos⁡αm=Rsin⁡(αm+φ)\sin\alpha_m+0.01\cos\alpha_m = R\sin(\alpha_m+\varphi) と書く。ここで R=12+0.012=1.0001=1.00005000,tan⁡φ=0.011, φ=arctan⁡0.01=0.5729387∘.R = \sqrt{1^2+0.01^2} = \sqrt{1.0001} = 1.00005000,\qquad \tan\varphi = \frac{0.01}{1},\ \varphi = \arctan 0.01 = 0.5729387^\circ. である。2 つの波を 1 つにまとめることが、この方程式を閉じた形で解けるようにしている。

  3. 1 つのサインの方程式に帰着させる。 sin⁡(αm+φ)=0.120168991.00005000=0.12016298.\sin(\alpha_m+\varphi) = \frac{0.12016899}{1.00005000} = 0.12016298.

  4. 逆正弦の 2 つの分枝を取る。 [0∘,360∘)[0^\circ,360^\circ) ではサインの方程式は 2 つの解を持つ。 αm+φ=6.9015087∘または180∘−6.9015087∘=173.0984913∘.\alpha_m+\varphi = 6.9015087^\circ \quad\text{または}\quad 180^\circ-6.9015087^\circ = 173.0984913^\circ. ここでは桁を十分に残すこと。補助角もこの逆正弦もどちらも引き算に使われるので、いずれかの誤差はそのまま αm\alpha_m に伝わる。

  5. 補助角を引く。 αm=6.9015087∘−0.5729387∘=6.32857∘またはαm=173.0984913∘−0.5729387∘=172.52555∘.\alpha_m = 6.9015087^\circ - 0.5729387^\circ = 6.32857^\circ \quad\text{または}\quad \alpha_m = 173.0984913^\circ - 0.5729387^\circ = 172.52555^\circ. ラジアンではそれぞれ 0.1104540.110454 と 3.0111393.011139 である。

  6. 元の方程式で 2 つの解を検証する。 αm=6.32857∘\alpha_m = 6.32857^\circ のとき 0.89474cos⁡+89.474sin⁡=0.88929+9.86271=10.752000.89474\cos + 89.474\sin = 0.88929+9.86271 = 10.75200。αm=172.52555∘\alpha_m = 172.52555^\circ のとき 0.89474(−0.9915030)+89.474(0.1300841)=−0.88714+11.63914=10.752000.89474(-0.9915030)+89.474(0.1300841) = -0.88714+11.63914 = 10.75200。どちらもぴたり合う。実用上ふつうに求められるのは、小さいほうの角である。

Answer

αm≈6.32857∘ (0.110454 rad)orαm≈172.52555∘ (3.011139 rad)\alpha_m \approx 6.32857^\circ\ (0.110454\ \text{rad}) \quad\text{or}\quad \alpha_m \approx 172.52555^\circ\ (3.011139\ \text{rad})

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