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Trigonometry · real student question

求 arccos(0.33) 的精确值。

Question

求 arccos⁡(0.33)\arccos(0.33) 的精确值。

(这个数有时写作 0,330{,}33,用的是小数逗号,与 0.330.33 是同一个数。)

Step-by-step solution

  1. 先弄清反余弦到底在问什么。 arccos⁡(0.33)\arccos(0.33) 是主值范围 [0,π][0,\pi](也就是 [0∘,180∘][0^\circ,180^\circ])内唯一满足 cos⁡θ=0.33.\cos\theta = 0.33. 的那个角 θ\theta。正是限制在 [0,π][0,\pi] 内这一条,才让答案是一个确定的数,而不是无穷多个。

  2. 看看 0.330.33 是不是特殊值。 初等三角里有闭形式的余弦值,都是由 0,±12,±22,±32,±10,\pm\tfrac12,\pm\tfrac{\sqrt2}{2},\pm\tfrac{\sqrt3}{2},\pm1 拼出来的(另外 3∘3^\circ 的倍数还有几个套嵌根式)。0.330.33 一个都不是,所以不存在任何根式与 π\pi 的组合能把这个角写出来。

  3. 于是精确值就是这个反余弦表达式本身。 老老实实的精确答案是 θ=arccos⁡(0.33),\theta=\arccos(0.33), 保留反函数的形式。写成 π2−0.33\tfrac{\pi}{2}-0.33 之类是错的:那条恒等式是给 arcsin⁡\arcsin 用的,不能随便套到一个小数上。

  4. 算出弧度制下的小数值。 数值计算反余弦得 arccos⁡(0.33)=1.234492751…≈1.234493 弧度.\arccos(0.33)=1.234492751\ldots \approx 1.234493\ \text{弧度}. 顺手检查一下:arccos⁡(0)=π2≈1.5708\arccos(0)=\tfrac{\pi}{2}\approx 1.5708,arccos⁡(0.5)=π3≈1.0472\arccos(0.5)=\tfrac{\pi}{3}\approx 1.0472,而 0.330.33 介于 00 与 0.50.5 之间,所以这个角必然落在 1.04721.0472 与 1.57081.5708 之间——确实如此。

  5. 换算成角度。 乘以 180/π180/\pi: 1.234492751×180π=70.7312245…≈70.7312∘.1.234492751\times\frac{180}{\pi}=70.7312245\ldots\approx 70.7312^\circ. 反过来验证:cos⁡(70.7312∘)=0.330000\cos(70.7312^\circ)=0.330000,正好闭环。

  6. 当心四舍五入。 这里最常见的失误是中途截断得太早:70.51∘70.51^\circ 对应的余弦是 cos⁡θ=0.33364\cos\theta=0.33364 而不是 0.330.33,所以报 70.51∘70.51^\circ 会差出零点二度以上——一取余弦回来立刻就露馅。

Answer

arccos⁡(0.33)≈1.234493 弧度≈70.7312∘\arccos(0.33)\approx 1.234493\ \text{弧度}\approx 70.7312^\circ

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