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Trigonometry · real student question

求 arctan(3716/3936) 的值,弧度制和角度制的结果都要给出。

Question

求

arctan⁡ ⁣(37163936)\arctan\!\left(\frac{3716}{3936}\right)

的值,弧度制和角度制的结果都要给出。

Step-by-step solution

  1. 动手之前先把分数约分。 两个数都能被 44 整除:

    gcd⁡(3716,3936)=4 ⟹ 37163936=929984\gcd(3716,3936)=4\ \Longrightarrow\ \frac{3716}{3936}=\frac{929}{984}

    先约分很值得,因为这样下一步——判断是不是特殊角——就能一眼看出来。

  2. 检验这个数是不是特殊的正切值。 有精确值的正切只有 00、33=0.5774\tfrac{\sqrt3}{3}=0.5774、11 和 3=1.7321\sqrt3=1.7321。这里

    929984=0.944106\frac{929}{984}=0.944106

    一个都不是;而且 929929 是质数,也藏不住什么根式。所以没有精确的闭形式,这道题确实非用计算器不可。

  3. 算之前先把答案框住。 因为 0.944106<10.944106<1,而正切在 (0,π2)(0,\tfrac{\pi}{2}) 上递增,所以这个角必然小于 arctan⁡1=45∘\arctan 1=45^{\circ}——但也只小一点点,毕竟比值很接近 11。预计答案在 4040 度出头。

  4. 先算弧度值。

    arctan⁡(0.944106)=0.7566554 弧度\arctan(0.944106)=0.7566554\ \text{弧度}

  5. 换算成角度。 乘以 180π\tfrac{180}{\pi}:

    0.7566554×180π=43.3532∘0.7566554\times\frac{180}{\pi}=43.3532^{\circ}

    刚好落在 45∘45^{\circ} 下面一点点,和第 3 步的预判完全一致 ✓。

  6. 取正切反过来验算。 tan⁡(0.7566554)=0.944106\tan(0.7566554)=0.944106,在六位小数上还原了 929984\tfrac{929}{984} ✓。再看一眼:0.75665540.7566554 弧度略小于 π4=0.785398\tfrac{\pi}{4}=0.785398 弧度,与「角度小于 45∘45^{\circ}」也吻合。

Answer

arctan⁡ ⁣(37163936)=arctan⁡ ⁣(929984)≈0.75666 弧度≈43.35∘\arctan\!\left(\frac{3716}{3936}\right)=\arctan\!\left(\frac{929}{984}\right)\approx 0.75666\ \text{弧度}\approx 43.35^{\circ}

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