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Trigonometry · real student question

计算 cos(sin 3),其中自变量以弧度为单位。

Question

计算

cos⁡(sin⁡3)\cos(\sin 3)

其中自变量以弧度为单位。

Step-by-step solution

  1. 从里往外算。 这是复合而不是相乘:cos⁡(sin⁡3)\cos(\sin 3) 的意思是先求出 sin⁡3\sin 3,再把这个数送进 cos⁡\cos。它不是 cos⁡3×sin⁡3\cos3\times\sin3。

  2. 动手之前先把角度制式定下来。 式子里没有度数符号,所以 33 指的是 33 弧度。由于 π≈3.14159\pi\approx3.14159,33 弧度略小于半圈——大约 171.9∘171.9^\circ,落在第二象限,那里的正弦又小又正。

  3. 先算内层函数。

    sin⁡3=0.1411200\sin3=0.1411200

    它之所以这么小,正是因为 33 很接近 π\pi,而正弦在那里恰好为零;确实有 sin⁡3≈sin⁡(π−3)=sin⁡(0.14159)≈0.1412\sin3\approx\sin(\pi-3)=\sin(0.14159)\approx0.1412 ✓。

  4. 再把这个结果送进外层函数。 注意 sin⁡3\sin3 此刻本身就是一个以弧度计的角,而且它像任何正弦值一样落在 [−1,1][-1,1] 之内:

    cos⁡(0.1411200)=0.9900590\cos(0.1411200)=0.9900590

    对很小的 θ\theta 有 cos⁡θ≈1−θ22=1−0.1411222=1−0.00996=0.99004\cos\theta\approx1-\tfrac{\theta^2}{2}=1-\tfrac{0.14112^2}{2}=1-0.00996=0.99004——前四位小数完全吻合 ✓。

  5. 写出答案。

    cos⁡(sin⁡3)≈0.99006\cos(\sin3)\approx0.99006

  6. 顺带看清整个复合函数的值域。 因为 sin⁡3\sin3 只能落在 [−1,1][-1,1] 里,外层余弦的自变量也就被限制在 [−1,1][-1,1] 上,而余弦在那里至少是 cos⁡1=0.5403\cos1=0.5403。所以对任意实数 xx,cos⁡(sin⁡x)\cos(\sin x) 都落在 [0.5403,1][0.5403,1] 内——永远不可能是负数。一旦算出负数,几乎必定是角度制式或者括号出了问题。

Answer

cos⁡(sin⁡3)=cos⁡(0.14112)≈0.99006\cos(\sin 3)=\cos(0.14112)\approx 0.99006

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