三角法計算機

ステップごとの解説付きで三角方程式を解き三角関数を評価します

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Math Input
2sin(x) - 1 = 0
cos(2x) = cos(x)
tan(x) = sqrt(3)
sin^2(x) - sin(x) - 2 = 0

三角方程式とは何か?

三角方程式は、未知の角の三角関数(sin\sincos\costan\tan など)を含む方程式です。目標は、方程式を満たす角のすべての値を求めることです。

三角関数は周期的なので、ほとんどの三角方程式は無限に多くの解を持ちます。解はしばしば2つの形で表します。

  1. 主要解:特定の区間(通常 [0,2π)[0, 2\pi) または [0°,360°)[0°, 360°))の解
  2. 一般解:すべての解で、+2nπ+ 2n\pi(または +360°n+ 360°n)を使って書く(nn は任意の整数)

例えば、sinx=12\sin x = \frac{1}{2} は主要解 x=π6x = \frac{\pi}{6}x=5π6x = \frac{5\pi}{6}、一般解 x=π6+2nπx = \frac{\pi}{6} + 2n\pix=5π6+2nπx = \frac{5\pi}{6} + 2n\pi を持ちます。

三角方程式を解くのに使う主要な恒等式

  • ピタゴラス:sin2x+cos2x=1\sin^2 x + \cos^2 x = 1
  • 倍角:sin2x=2sinxcosx\sin 2x = 2\sin x \cos xcos2x=cos2xsin2x\cos 2x = \cos^2 x - \sin^2 x
  • 和積・積和の公式

三角方程式の解き方

方法1:分離と逆関数

単純な方程式では、三角関数を分離して逆関数を適用します。

sinx=a    x=arcsin(a) かつ x=πarcsin(a)\sin x = a \implies x = \arcsin(a) \text{ かつ } x = \pi - \arcsin(a)

cosx=a    x=±arccos(a)\cos x = a \implies x = \pm \arccos(a)

tanx=a    x=arctan(a)+nπ\tan x = a \implies x = \arctan(a) + n\pi

方法2:因数分解

方程式が因数分解できるとき:

sin2xsinx=0    sinx(sinx1)=0\sin^2 x - \sin x = 0 \implies \sin x(\sin x - 1) = 0

よって sinx=0\sin x = 0 または sinx=1\sin x = 1 となり、[0,2π)[0, 2\pi)x=0,π,π2x = 0, \pi, \frac{\pi}{2} となります。

方法3:恒等式を使って簡約する

恒等式を使って複雑な式を置き換えます。

cos2x=cosx\cos 2x = \cos x を解く

cos2x=2cos2x1\cos 2x = 2\cos^2 x - 1 を使って:
2cos2x1=cosx2\cos^2 x - 1 = \cos x
2cos2xcosx1=02\cos^2 x - \cos x - 1 = 0
(2cosx+1)(cosx1)=0(2\cos x + 1)(\cos x - 1) = 0

よって cosx=12\cos x = -\frac{1}{2} または cosx=1\cos x = 1

方法4:置換

複数の三角関数を持つ方程式では、t=sinxt = \sin x または t=cosxt = \cos x を置換します。

2sin2x+3cosx3=02\sin^2 x + 3\cos x - 3 = 0

sin2x=1cos2x\sin^2 x = 1 - \cos^2 x を使って:2(1cos2x)+3cosx3=02(1 - \cos^2 x) + 3\cos x - 3 = 02cos2x3cosx+1=02\cos^2 x - 3\cos x + 1 = 0

方法5:両辺を2乗する(確認付き)

時に便利ですが、2乗が無縁根を導入しうるので、解を必ず検証してください。

基準角のまとめ

方程式[0,2π)[0, 2\pi) の解
sinx=a\sin x = a($a
cosx=a\cos x = a($a
tanx=a\tan x = ax=arctanax = \arctan ax=π+arctanax = \pi + \arctan a

手法の比較

方法適した場面主な目印
分離単純な単一関数の方程式1つの三角関数、1次
因数分解多項式のような方程式共通因数または2次の形
恒等式複数の角または関数cos2x\cos 2xsin2x\sin^2 x など
置換混在した三角関数すべてを1つの関数に変換
2乗和のある方程式sinx+cosx=k\sin x + \cos x = k

よくある間違い

  • 周期的な解を忘れるsinx=0.5\sin x = 0.5 は周期ごとに1つではなく2つの解を持ちます。関数が与えられた符号を持つすべての象限を常に考慮してください。
  • 三角関数で割るsinx\sin xcosx\cos x で割ると、その関数がゼロになる解を失うことがあります。代わりに因数分解してください。
  • 無縁解を確認しない:両辺を2乗するときは、必ず代入して検証してください。2乗は偽の解を導入しえます。
  • 度とラジアンの混同:一貫性を確保してください。ほとんどの電卓やプログラミングの文脈で sin(30)sin(30°)\sin(30) \neq \sin(30°) です。
  • 定義域の制限を無視する1sinx1-1 \leq \sin x \leq 1 なので sinx=2\sin x = 2 には実数解がありません。

Examples

Step 1: 分離:sinx=12\sin x = \frac{1}{2}
Step 2: 正弦は第I・第II象限で正。基準角:π6\frac{\pi}{6}
Step 3: 解:x=π6x = \frac{\pi}{6}x=ππ6=5π6x = \pi - \frac{\pi}{6} = \frac{5\pi}{6}
Answer: x=π6,  5π6x = \frac{\pi}{6},\; \frac{5\pi}{6}

Step 1: u=cosxu = \cos x とおく。方程式は u2u2=0u^2 - u - 2 = 0 になる
Step 2: 因数分解:(u2)(u+1)=0(u - 2)(u + 1) = 0 なので u=2u = 2 または u=1u = -1
Step 3: cosx=2\cos x = 2 は解なし(範囲外)。cosx=1\cos x = -1x=πx = \pi を与える
Answer: x=πx = \pi

Step 1: sin2x=2sinxcosx\sin 2x = 2\sin x \cos x を使う:2sinxcosx=sinx2\sin x \cos x = \sin x
Step 2: 変形:sinx(2cosx1)=0\sin x(2\cos x - 1) = 0
Step 3: sinx=0\sin x = 0x=0,πx = 0, \pi を与える。cosx=12\cos x = \frac{1}{2}x=π3,5π3x = \frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{3} を与える
Answer: x=0,  π3,  π,  5π3x = 0,\; \frac{\pi}{3},\; \pi,\; \frac{5\pi}{3}

Frequently Asked Questions

三角関数は周期的なので、ほとんどの三角方程式は無限に多くの解を持ちます。[0, 2pi) のような制限された区間では、通常は有限個の解があります。一般解は周期の倍数を加えてすべての解を網羅します。

三角方程式は変数の特定の値でのみ真です(sin x = 1/2 のように)。三角恒等式は定義されるすべての値で真です(sin^2 x + cos^2 x = 1 のように)。方程式は解き、恒等式は検証します。

微分積分とほとんどの高等数学ではラジアンが標準です。航法や工学のような実用的応用では度がより一般的なことがあります。自分のコースや文脈がどの単位を要求するか常に確認してください。1回転は360度または2pi ラジアンです。

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