Ekzaktaj trigonometriaj konstantoj

La anguloj sur la unuobla cirklo kiuj estas obloj de 30 kaj 45 gradoj.

En matematiko, ekzaktaj trigonometria konstantoj estas valoroj de trigonometriaj funkcioj por certaj argumentoj, kiuj povas esti ekzakte esprimitaj per algebraj operacioj kaj radikoj.

Ĉiuj valoroj de sinuso, kosinuso, kaj tangento de angulo obla de 3° estas ekzakte esprimebla.

Kiel valoroj por sinuso kaj kosinuso povas esti kalkulitaj

Ĝenerale estas multaj uzeblaj formuloj por sinuso kaj kosinuso de duona angulo kaj sumo kaj diferenco de anguloj (vidu en trigonometriaj funkcioj).

Ĉi tiu artikolo estas nekompleta en almenaŭ jenaj sencoj:

• Ĉiam eblas apliki duono-angula formulo kaj trovi akuratajn esprimojn por sinuso kaj kosinuso de duono de ĉiu angulo sur la listo pli sube.
• Triono-angulaj formuloj ekzistas, ili estas solvoj de formuloj por trioblaj anguloj kiel kubaj ekvacioj por sin θ kaj cos θ:
• : $\sin 3\theta =3\sin \theta -4{\sin }^3\theta$
• : $\cos 3\theta =4{\cos }^3\theta -3\cos \theta$
• : Notu, ke kuba radiko ne estas kalkulebla per cirkelo kaj liniilo, tiel la respektivaj plurlateroj povas esti ne konstrueblaj. Ankaŭ, kompleksaj nombroj povas aperi dum kalkulo de la valoroj, tamen la rezulto estas reela. Vidu sube la valorojn por 20°.
• Sinuso kaj kosinuso de ĉiuj anguloj kiuj aperaj en konstrueblaj plurlateroj estas esprimeblaj per nur kvadrataj radikoj, tiel sinuso kaj kosinuso de ankaŭ Π/17, Π/257 kaj Π/65537 povas esti akurate esprimitaj, kaj ankaŭ de Π/(5·17), Π/(3·17), Π/(5·257), Π/(17·257), Π/(5·65537), Π/(5·17·257), ktp; entjera faktorigo de la denominatoro devas konsisti nur el malsamaj primoj de Fermat. Ankaŭ estas esprimeblaj iliaj duonoj, trionoj, kvaronoj, sesonoj, okonoj, naŭonoj ktp kaj iliaj obloj, sumoj, diferencoj.
• Ankaŭ iuj la aliaj valoroj de sinuso kaj kosinuso povas esti kalkulitaj, inter ili tiuj de Π/7, Π/11, Π/13. Ĝenerale ĉi tiaj denominatoroj de la argumento igas aperon de polinomaj ekvacioj de grado 5 kaj pli granda, kiuj ĝenerale ne solveblas en radikaloj, tamen ĝuste por ĉi tiuj argumentoj la ekvacioj estas iel pli simplaj kaj solveblaj.

La bagatelaj aĵoj

La funkcioj por 0, 30, 45, 60 kaj 90 gradoj povas esti kalkulita de iliaj trianguloj, per teoremo de Pitagoro.

n × Π/(5×2^m)

a/b = 1/φ

Geometria maniero

Aplikante ptolemean teoremon al la cikla kvarlatero ABCD difinita per kvar sinsekvaj verticoj de la regula kvinlatero, oni povas trovi ke:

$\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{d}36^{\circ }=\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{d}(\mathrm{\angle }\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{B})=\frac{a}{b}=\frac{2}{1+\sqrt{5}}$

kiu estas la inverso de la ora proporcio φ, kie crd estas la ĥorda funkcio:

$\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{d}\theta =2\sin \frac{\theta }{2}$

tial

$\sin 18^{\circ }=\frac{1}{1+\sqrt{5}}$

En alternativa varianto de pruvo, estu X la komunaĵo de AC kaj BD, tiam triangulo AXB estas izocela, tiel AX=AB=a. Trianguloj AXD kaj ĈB estas simila, ĉar AD estas paralelo al BC. Tiel XC=a(a/b). Sed AX+XC=AC, tiel a+a²/b=b. Solvo de ĉi tiu donas ke a/b=1/φ, Simile

$\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{d}108^{\circ }=\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{d}(\mathrm{\angle }\mathrm{A}\mathrm{B}\mathrm{C})=\frac{b}{a}=\frac{1+\sqrt{5}}{2}$

tial

$\sin 54^{\circ }=\cos 36^{\circ }=\frac{1+\sqrt{5}}{4}$

Algebra maniero

La oblaj angulaj formuloj por funkcioj de 5x estas:

$\sin 5x=16(\sin x{)}^5-20(\sin x{)}^3+5\sin x$

$\cos 5x=16(\cos x{)}^5-20(\cos x{)}^3+5\cos x$

Se x estas 18, 36, 54, 72 aŭ 90 gradoj do 5x estas 90, 180, 270, 360 aŭ 450 gradoj respektive, sin 5x=0 aŭ cos 5x=0. Estu $y=\sin x$ aŭ $y=\cos x$ kaj solvi por y ekvacion

$16y^5-20y^3+5y=0$

Unu solvaĵo estas nulo, kaj la rezultanta post divido de ambaŭ flankoj je y ekvacio de la 4-a grado povas esti solvita kiel kvadrata de $y^2$.

Se sin 5x=1 aŭ cos 5x=1, la ekvacio estas

$16y^5-20y^3+5y-1=0$

kiu faktoriĝas kiel

$(y-1)(4y^2+2y-1{)}^2=0$.

n × Π/60

15° estas duono de 30°. 3° estas 18°-15°. Tiel per formuloj por duona angulo kaj subtraho de anguloj la valoroj por 3° estas kalkuleblaj. Por ĉiuj obloj de 3° la valoroj estas kalkuleblaj per adicio kaj subtraho de anguloj.

Tangento kaj kotangento

Tangento estas sinuso dividita per kosinuso, kaj kotangento estas kosinuso dividita per sinuso, aŭ 1 dividita per tangento. Poste la frakcion ofte eblas plisimpligi.

Plisimpligo

Racionaligo la denominatoro

Se la denominatoro estas kvadrata radiko, multipliku la numeratoron kaj denominatoron per la radiko.

Se la denominatoro estas sumo aŭ diferenco de du termoj, multipliku la numeratoron kaj denominatoron per la respektive diferenco aŭ sumo de la du termoj de la denominatoro.

Povas esti bezonate fari ĉi tiuj paŝojn kelkfoje.

Disdividi frakcion

Iam helpas al fendi la frakcio en sumon de du frakcioj kaj tiam plisimpligi ilin aparte.

Kvadratigo kun preno de kvadrata radiko

Se estas komplika termo kun nur unu speco de radiko en ĝi povas helpi preni kvadratan radikon de ĝi kvadrato. Ĉi tiu povas lasi grandan radikon kun pli malgrandaj radikoj ene, sed ĝi estas ofte pli bona ol la originala esprimo.

Plisimpligo de nestitaj radikaj esprimoj

Ĝenerale nestitaj radikoj ne povas reduktiĝi.

Sed se por $\sqrt{a+b\sqrt{c}}$

$R=\sqrt{a^2-b^{2}c}$ estas racionala,

kaj ambaŭ

$d=\pm \sqrt{\frac{a\pm R}{2}}$ kaj

$e=\pm \sqrt{\frac{a\pm R}{2c}}$

estas racionalaj kun la adekvata elekto ĉe la kvar $\pm$signoj, tiam

$\sqrt{a+b\sqrt{c}}=d+e\sqrt{c}$

Ekzemplo:

$4\sin 18^{\circ }=\sqrt{6-2\sqrt{5}}=\sqrt{5}-1$

Trianguloj kaj plurlateroj

Regula n-latera plurlatero por n=6 kaj ĝia fundamenta orta triangulo, angulo a=180°/n

Fundamenta triangulo estas orta triangulo farita de simetriaj sekcioj de regula plurlatero. Ĉi tia orta triangulo prezentas tri punktoj en regula plurlatero: vertico, centro de latero, kaj centro de plurlatero. n-latero povas esti dividita en 2n ortajn triangulojn kun anguloj {180/n, 90−180/n, 90} gradoj, por entjera n=3, 4, 5, ... .

• Regulaj konstrueblaj plurlateroj (n=0, 1, 2, 3, ...)
  • 3×2ⁿ-lateroj
    • 30°-60°-90° triangulo: triangulo (3-latero)
    • 60°-30°-90° triangulo: seslatero (6-latero)
    • 75°-15°-90° triangulo: dekdulatero (12-latero)
    • 82,5°-7,5°-90° triangulo: 24-latero
    • 86,25°-3,75°-90° triangulo: 48-latero
    • ...
  • 4×2ⁿ-lateroj
    • 45°-45°-90° triangulo: kvadrato (4-latero)
    • 67,5°-22,5°-90° triangulo: oklatero (8-latero)
    • 78,75°-11,25°-90° triangulo: 16-latero
    • ...
  • 5×2ⁿ-lateroj
    • 54°-36°-90° triangulo: kvinlatero (5-latero)
    • 72°-18°-90° triangulo: deklatero (10-latero)
    • 81°-9°-90° triangulo: 20-latero
    • 85,5°-4,5°-90° triangulo: 40-latero
    • 87,75°-2,25°-90° triangulo: 80-latero
    • ...
  • 15×2ⁿ-latero
    • 78°-12°-90° triangulo: 15-latero
    • 84°-6°-90° triangulo: 30-latero
    • 87°-3°-90° triangulo: 60-latero
    • 88,5°-1,5°-90° triangulo: 120-latero
    • 89,25°-0,75°-90° triangulo: 240-latero
  • Pli altaj konstrueblaj regulaj plurlateroj (17, 51, 85, 255, 257...) ne havas entjerajn gradajn angulojn
• Regulaj nekonstrueblaj plurlateroj - finiaj esprimoj kun nur kvadrataj radikoj ne eblas (n=0, 1, 2, 3, ...)
  • 9×2ⁿ-latero
    • 70°-20°-90° triangulo: naŭlatero (9-latero)
    • 80°-10°-90° triangulo: 18-latero
    • 85°-5°-90° triangulo: 36-latero
    • 87,5°-2,5°-90° triangulo: 72-latero
    • ...
  • 45×2ⁿ-latero
    • 86°-4°-90° triangulo: 45-latero
    • 88°-2°-90° triangulo: 90-latero
    • 89°-1°-90° triangulo: 180-latero
    • 89,5°-0,5°-90° triangulo: 360-latero
    • ...

Tabelo

Valoroj ekster limigo [0°,45°] estas bagatele kalkuleblaj per formuloj por trigonometriaj funkcioj por koordinataj turnadoj kaj reflektoj.

0°: fundamenta

$\sin 0=0$

$\cos 0=1$

$\tan 0=0$

$\cot 0$ estas nedifinita

3°: 60-flanka plurlatero

$\sin \frac{\pi }{60}=\sin 3^{\circ }=\frac{2(1-\sqrt{3})\sqrt{5+\sqrt{5}}+\sqrt{2}(\sqrt{5}-1)(\sqrt{3}+1)}{16}$

$\cos \frac{\pi }{60}=\cos 3^{\circ }=\frac{2(1+\sqrt{3})\sqrt{5+\sqrt{5}}+\sqrt{2}(\sqrt{5}-1)(\sqrt{3}-1)}{16}$

$\tan \frac{\pi }{60}=\tan 3^{\circ }=\frac{((2-\sqrt{3})(3+\sqrt{5})-2)(2-\sqrt{2(5-\sqrt{5})})}{4}$

$\cot \frac{\pi }{60}=\cot 3^{\circ }=\frac{((2+\sqrt{3})(3+\sqrt{5})-2)(2+\sqrt{2(5-\sqrt{5})})}{4}$

6°: 30-flanka plurlatero

$\sin \frac{\pi }{30}=\sin 6^{\circ }=\frac{\sqrt{6(5-\sqrt{5})}-\sqrt{5}-1}{8}$

$\cos \frac{\pi }{30}=\cos 6^{\circ }=\frac{\sqrt{2(5-\sqrt{5})}+\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)}{8}$

$\tan \frac{\pi }{30}=\tan 6^{\circ }=\frac{\sqrt{2(5-\sqrt{5})}-\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)}{2}$

$\cot \frac{\pi }{30}=\cot 6^{\circ }=\frac{\sqrt{3}(3+\sqrt{5})+\sqrt{2(25+11\sqrt{5})}}{2}$

9°: 20-flanka plurlatero

$\sin \frac{\pi }{20}=\sin 9^{\circ }=\frac{\sqrt{2}(\sqrt{5}+1)-2\sqrt{5-\sqrt{5}}}{8}$

$\cos \frac{\pi }{20}=\cos 9^{\circ }=\frac{\sqrt{2}(\sqrt{5}+1)+2\sqrt{5-\sqrt{5}}}{8}$

$\tan \frac{\pi }{20}=\tan 9^{\circ }=\sqrt{5}+1-\sqrt{5+2\sqrt{5}}$

$\cot \frac{\pi }{20}=\cot 9^{\circ }=\sqrt{5}+1+\sqrt{5+2\sqrt{5}}$

Π/17: 17-flanka plurlatero

$\cos \frac{\pi }{17}=\frac{1}{8}\sqrt{2(2\sqrt{\sqrt{\frac{17(17-\sqrt{17})}{2}}-\sqrt{\frac{17-\sqrt{17}}{2}}-4\sqrt{2(17+\sqrt{17})}+3\sqrt{17}+17}+\sqrt{2(17-\sqrt{17})}+\sqrt{17}+15)}$

12°: 15-flanka plurlatero

$\sin \frac{\pi }{15}=\sin 12^{\circ }=\frac{\sqrt{2(5+\sqrt{5})}-\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)}{8}$

$\cos \frac{\pi }{15}=\cos 12^{\circ }=\frac{\sqrt{6(5+\sqrt{5})}+\sqrt{5}-1}{8}$

$\tan \frac{\pi }{15}=\tan 12^{\circ }=\frac{\sqrt{3}(3-\sqrt{5})-\sqrt{2(25-11\sqrt{5})}}{2}$

$\cot \frac{\pi }{15}=\cot 12^{\circ }=\frac{\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)+\sqrt{2(5+\sqrt{5})}}{2}$

15°: dekdulatero

$\sin \frac{\pi }{12}=\sin 15^{\circ }=\frac{\sqrt{2}(\sqrt{3}-1)}{4}$

$\cos \frac{\pi }{12}=\cos 15^{\circ }=\frac{\sqrt{2}(\sqrt{3}+1)}{4}$

$\tan \frac{\pi }{12}=\tan 15^{\circ }=2-\sqrt{3}$

$\cot \frac{\pi }{12}=\cot 15^{\circ }=2+\sqrt{3}$

18°: deklatero

$\sin \frac{\pi }{10}=\sin 18^{\circ }=\frac{\sqrt{5}-1}{4}=\frac{\phi -1}{2}=\frac{1}{2\phi }$

$\cos \frac{\pi }{10}=\cos 18^{\circ }=\frac{\sqrt{2(5+\sqrt{5})}}{4}$

$\tan \frac{\pi }{10}=\tan 18^{\circ }=\frac{\sqrt{5(5-2\sqrt{5})}}{5}$

$\cot \frac{\pi }{10}=\cot 18^{\circ }=\sqrt{5+2\sqrt{5}}$

20°: naŭlatero

$\sin \frac{\pi }{9}=\sin 20^{\circ }=\sqrt[3]{-\frac{\sqrt{3}}{16}+\sqrt{-\frac{1}{256}}}+\sqrt[3]{-\frac{\sqrt{3}}{16}-\sqrt{-\frac{1}{256}}}=$

$2^{-\frac{4}{3}}(\sqrt[3]{i-\sqrt{3}}-\sqrt[3]{i+\sqrt{3}})$

$\cos \frac{\pi }{9}=\cos 20^{\circ }=$

$2^{-\frac{4}{3}}(\sqrt[3]{1+i\sqrt{3}}+\sqrt[3]{1-i\sqrt{3}})$

Kompleksaj nombroj aperas dum kalkulo de la valoroj, tamen la rezulto estas reela.

21°

$\sin \frac{7\pi }{60}=\sin 21^{\circ }=\frac{2(\sqrt{3}+1)\sqrt{5-\sqrt{5}}-\sqrt{2}(\sqrt{3}-1)(1+\sqrt{5})}{16}$

$\cos \frac{7\pi }{60}=\cos 21^{\circ }=\frac{2(\sqrt{3}-1)\sqrt{5-\sqrt{5}}+\sqrt{2}(\sqrt{3}+1)(1+\sqrt{5})}{16}$

$\tan \frac{7\pi }{60}=\tan 21^{\circ }=\frac{(2-(2+\sqrt{3})(3-\sqrt{5}))(2-\sqrt{2(5+\sqrt{5})})}{4}$

$\cot \frac{7\pi }{60}=\cot 21^{\circ }=\frac{(2-(2-\sqrt{3})(3-\sqrt{5}))(2+\sqrt{10\sqrt{5}})}{4}$

22,5°: oklatero

$\sin \frac{\pi }{8}=\sin 22.5^{\circ }=\frac{\sqrt{2-\sqrt{2}}}{2}$

$\cos \frac{\pi }{8}=\cos 22.5^{\circ }=\frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2}$

$\tan \frac{\pi }{8}=\tan 22.5^{\circ }=\sqrt{2}-1$

$\cot \frac{\pi }{8}=\cot 22.5^{\circ }=\sqrt{2}+1$

24°

$\sin \frac{2\pi }{15}=\sin 24^{\circ }=\frac{\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)-\sqrt{2}\sqrt{5-\sqrt{5}}}{8}$

$\cos \frac{2\pi }{15}=\cos 24^{\circ }=\frac{\sqrt{6}\sqrt{5-\sqrt{5}}+\sqrt{5}+1}{8}$

$\tan \frac{2\pi }{15}=\tan 24^{\circ }=\frac{\sqrt{50+22\sqrt{5}}-\sqrt{3}(3+\sqrt{5})}{2}$

$\cot \frac{2\pi }{15}=\cot 24^{\circ }=\frac{\sqrt{2}\sqrt{5-\sqrt{5}}+\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)}{2}$

27°

$\sin \frac{3\pi }{20}=\sin 27^{\circ }=\frac{(\sqrt{5}+1)\sqrt{5+\sqrt{5}}-\sqrt{2}(\sqrt{5}-1)}{8}$

$\cos \frac{3\pi }{20}=\cos 27^{\circ }=\frac{(\sqrt{5}+1)\sqrt{5+\sqrt{5}}+\sqrt{2}(\sqrt{5}-1)}{8}$

$\tan \frac{3\pi }{20}=\tan 27^{\circ }=\sqrt{5}-1-\sqrt{5-2\sqrt{5}}$

$\cot \frac{3\pi }{20}=\cot 27^{\circ }=\sqrt{5}-1+\sqrt{5-2\sqrt{5}}$

30°: seslatero

$\sin \frac{\pi }{6}=\sin 30^{\circ }=\frac{1}{2}$

$\cos \frac{\pi }{6}=\cos 30^{\circ }=\frac{\sqrt{3}}{2}$

$\tan \frac{\pi }{6}=\tan 30^{\circ }=\frac{\sqrt{3}}{3}$

$\cot \frac{\pi }{6}=\cot 30^{\circ }=\sqrt{3}$

33°

$\sin \frac{11\pi }{60}=\sin 33^{\circ }=\frac{2(\sqrt{3}-1)\sqrt{5+\sqrt{5}}+\sqrt{2}(1+\sqrt{3})(\sqrt{5}-1)}{16}$

$\cos \frac{11\pi }{60}=\cos 33^{\circ }=\frac{2(\sqrt{3}+1)\sqrt{5+\sqrt{5}}+\sqrt{2}(1-\sqrt{3})(\sqrt{5}-1)}{16}$

$\tan \frac{11\pi }{60}=\tan 33^{\circ }=\frac{(2-(2-\sqrt{3})(3+\sqrt{5}))(2+\sqrt{2(5-\sqrt{5})})}{4}$

$\cot \frac{11\pi }{60}=\cot 33^{\circ }=\frac{(2-(2+\sqrt{3})(3+\sqrt{5}))(2-\sqrt{2(5-\sqrt{5})})}{4}$

36°: kvinlatero

$\sin \frac{\pi }{5}=\sin 36^{\circ }=\frac{\sqrt{2(5-\sqrt{5})}}{4}$

$\cos \frac{\pi }{5}=\cos 36^{\circ }=\frac{1+\sqrt{5}}{4}=\frac{\phi }{2}$

$\tan \frac{\pi }{5}=\tan 36^{\circ }=\sqrt{5-2\sqrt{5}}$

$\cot \frac{\pi }{5}=\cot 36^{\circ }=\frac{\sqrt{5(5+2\sqrt{5})}}{5}$

39°

$\sin \frac{13\pi }{60}=\sin 39^{\circ }=\frac{2(1-\sqrt{3})\sqrt{5-\sqrt{5}}+\sqrt{2}(\sqrt{3}+1)(\sqrt{5}+1)}{16}$

$\cos \frac{13\pi }{60}=\cos 39^{\circ }=\frac{2(1+\sqrt{3})\sqrt{5-\sqrt{5}}+\sqrt{2}(\sqrt{3}-1)(\sqrt{5}+1)}{16}$

$\tan \frac{13\pi }{60}=\tan 39^{\circ }=\frac{((2-\sqrt{3})(3-\sqrt{5})-2)(2-\sqrt{2(5+\sqrt{5})})}{4}$

$\cot \frac{13\pi }{60}=\cot 39^{\circ }=\frac{((2+\sqrt{3})(3-\sqrt{5})-2)(2+\sqrt{2(5+\sqrt{5})})}{4}$

42°

$\sin \frac{7\pi }{30}=\sin 42^{\circ }=\frac{\sqrt{6}\sqrt{5+\sqrt{5}}-\sqrt{5}+1}{8}$

$\cos \frac{7\pi }{30}=\cos 42^{\circ }=\frac{\sqrt{2}\sqrt{5+\sqrt{5}}+\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)}{8}$

$\tan \frac{7\pi }{30}=\tan 42^{\circ }=\frac{\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)-\sqrt{2}\sqrt{5+\sqrt{5}}}{2}$

$\cot \frac{7\pi }{30}=\cot 42^{\circ }=\frac{\sqrt{2(25-11\sqrt{5})}+\sqrt{3}(3-\sqrt{5})}{2}$

45°: kvadrato

$\sin \frac{\pi }{4}=\sin 45^{\circ }=\frac{\sqrt{2}}{2}$

$\cos \frac{\pi }{4}=\cos 45^{\circ }=\frac{\sqrt{2}}{2}$

$\tan \frac{\pi }{4}=\tan 45^{\circ }=1$

$\cot \frac{\pi }{4}=\cot 45^{\circ }=1$

60°: egallatera triangulo

$\sin \frac{\pi }{3}=\sin 60^{\circ }=\frac{\sqrt{3}}{2}$

$\cos \frac{\pi }{3}=\cos 60^{\circ }=\frac{1}{2}$

$\tan \frac{\pi }{3}=\tan 60^{\circ }=\sqrt{3}$

$\cot \frac{\pi }{3}=\cot 60^{\circ }=\frac{\sqrt{3}}{3}$

Vidu ankaŭ

• Trigonometria funkcio
• Trigonometria idento
• Konstruebla plurlatero
• 17-latero
• Trigonometria nombro

Eksteraj ligiloj

• Konstrueblaj regulaj plurlateroj
• Ŝablono:MathWorld
• Ŝablono:MathWorld
  • Π/3 (60°) — Π/6 (30°) — Π/12 (15°) — Π/24 (7.5°)
  • Π/4 (45°) — Π/8 (22.5°) — Π/16 (11.25°) — Π/32 (6.625°)
  • Π/5 (36°) — Π/10 (18°) — Π/20 (9°)
  • Π/7 — Π/14
  • Π/9 (20°) — Π/18 (10°)
  • Π/11
  • Π/13
  • Π/15 (12°) — Π/30 (6°)
  • Π/17
  • Π/23