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Trigonometry · real student question

求 arctan(3716/3936) 的值,答案同時以弧度與度表示。

Question

求

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

的值,答案同時以弧度與度表示。

Step-by-step solution

  1. 動手之前先約分。 兩個數都能被 44 整除:

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

    先約分很值得,因為這樣下一步——檢查是不是特殊角——才有辦法用眼睛看出來。

  2. 檢驗輸入值是不是特殊的正切值。 有精確值的正切是 00、33=0.5774\tfrac{\sqrt3}{3}=0.5774、11 和 3=1.7321\sqrt3=1.7321。而這裡

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

    都不是,而且 929929 是質數,背後也藏不了什麼根式。沒有精確的封閉形式;確實非用計算機不可。

  3. 計算之前先把答案框住。 由於 0.944106<10.944106<1,而正切在 (0,π2)(0,\tfrac{\pi}{2}) 上遞增,這個角必定小於 arctan⁡1=45∘\arctan 1=45^{\circ}——但只小一點點,因為比值很接近 11。可以預期落在 4040 度出頭。

  4. 先求弧度值。

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

  5. 換算成度。 乘上 180π\tfrac{180}{\pi}:

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

    這剛好落在 45∘45^{\circ} 之下,和第 3 步的預測完全一致 ✓。

  6. 取回正切值來驗證。 tan⁡(0.7566554)=0.944106\tan(0.7566554)=0.944106,在小數點後六位重現了 929984\tfrac{929}{984} ✓。再多一層檢查:0.75665540.7566554 弧度略小於 π4=0.785398\tfrac{\pi}{4}=0.785398 弧度,和角度小於 45∘45^{\circ} 相符。

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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