2024年06月20日

高校数学「三角関数」三角関数のグラフを描くときのポイント

高校数学「三角関数」三角関数のグラフを描くときのポイント

■ 問題

y=sinθのグラフを描け。


この記事では、グラフを描くときに注意すべきポイントを説明します。
実際のグラフは、この書籍や教科書などを参照してください。


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■ 解答解説

三角関数のグラフは、これまでに登場したどのグラフとも形が違っていて、

「サインの時はコレ、コサインの時はコレ。タンジェントだけ全然違う形だ!よくわかんないけど暗記しよう」

みたいな対処になりがちですね。

そんな非効率な暗記をしなくても、必ず適切なグラフが描ける方法があります。
それは・・・

「とにかく座標を求める!」

です。
「そんな面倒なことやってられないよ!」という人も多いと思いますが、結局のところ、π/6,π/4,π/3などの代表的な値はすぐに出せるくらいになっていないと、数学2の三角関数の問題はほとんど解けないし、大学入試で数学2を使うつもりの人なら、「座標を求める」方式で描けるようにしたおいた方がよいです。

sinθ=y/rで、単位円を考えます。

まず、θ=0のとき、動径はx軸上ですね。だからy=0なので、sinθ=0/1=0です。
つまり、まず原点を通ることがわかります。

θ=π/6すなわち30°のとき、sinθ=1/2だから、次の点は(π/6,1/2)です。

θ=π/4すなわち45°のとき、sinθ=√2/2だから、次の点は(π/4,√2/2)です。

θ=π/3すなわち60°のとき、sinθ=√3/2だから、次の点は(π/3,√3/2)です。

θ=π/2すなわち90°のとき、sinθ=1だから、次の点は(π/2,1)です。

θ=(2/3)πすなわち120°のとき、sinθ=√3/2だから、次の点は((2/3)π,√3/2)です。


※「この値が出せない」という人は、まず三角比の値の求め方を参照してください。または、質問してください!


ここで一つ注意点。
π/2=90°のところをピークに、120°では下がっていますね。
そして次135°,150°,180°…と進むにつれて、さらに下がっていき、180°を超えるとマイナスになります。

「それなら、またそこから先の値を覚えなくちゃ・・・」などという必要もありません。
代表的な値になるときの単位円の中の三角形の形は、ここまでに登場したもののどれかと同じになります。

サインはπから2πまではマイナスになることに気をつけて、ここまでと同様に点を取っていってください。

そして2πまで取っていくと、なめらかな波の形が見えてくるはずです。
あとはできるだけなめらかな曲線でこれらの点を結べば、かなりキレイなy=sinθのグラフがかけるはずです!

0〜2πまで描いたら、その手前もその先も同じ形になります。
与えられた座標軸の幅に合わせて必要なところまで、あとはコピペの感覚で描いていけば完成です!


最初に値を考えるところだけ、ちょっと面倒に感じると思いますが、慣れれば意外と楽勝です!
慣れるまで繰り返し描いてみましょう!


↓三角方程式などの三角関数の問題の解き方がマスターできるテキストです↓

10秒でわかる高校数学2B「三角関数」の考え方

「久しぶりの三角関数、分かりやすく直感で問題の解く方向が分かり楽しかった」などのコメントいただいています。ありがとうございます!


◆関連問題
動径単位円弧度法
三角関数まとめ


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ラベル:数学
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中学数学「1次関数」途中で速さが変わる文章問題@

中学数学「1次関数」途中で速さが変わる文章問題@

◆ 問題

Aさんは、駅から図書館まで20分間歩いた。はじめの10分間は平らな道で、その後の10分間は上り坂だったという。Aさんが駅を出発してからx分後の駅からの距離をymとすると、10≦x≦20においてy=40x+280の関係が成り立つとする。Aさんの歩く速さは0≦x≦10でも一定だったとして、次の問いに答えよ。

(1) 0≦x≦10におけるAさんの歩く速さを求めよ。


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◆解答解説

横軸が時間、縦軸が距離を表すようなノーマルな設定の場合、直線の傾きが移動の速さになります。

傾き=変化の割合=(yの増加量)/(xの増加量)=(距離)/(時間)=速さ

だからですね。

ならば、0≦x≦10での直線の傾きがわかれば答えが出る!ということができます。

最初は時間x=0,距離y=0だから、原点を通る直線つまり比例の式になるので、直線上のどこか他の点が1箇所でもわかれば直線の式がわかります。

Aさんの移動については、10≦x≦20のときy=40x+280が与えられています。
これを使えば、x=10のときのyの値がわかりますね!
代入してみましょう!

y=40×10+280
 =400+280
 =680

つまり、x=10のときy=680です。
最初の平らな道を歩いて10分経った瞬間には、680m地点にいることなります。

10分間一定の速度で進んで680m進んだということは・・・

速さは680÷10=68m/分ですね!


または、原点を通る直線つまり比例だから、y=axにx=10,y=680を代入すると考えてもよいです。
その場合、

680=10a
10a=680
  a=68

傾きが68だから速さは68m/分

というわけです。もちろん解答は同じです。


次の問題→BさんがAさんに追いついた場所


◆関連項目
1次関数(中学)まとめ


江間淳の書籍はこちら
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高校情報「操作性の向上と情報技術」全ての人に使いやすいデザイン

高校情報「操作性の向上と情報技術」全ての人に使いやすいデザイン

◆問題

空欄に適語を入れてください。

 [全ての人に使いやすいデザイン]
障害のある人や高齢者にも配慮して設計されたデザインを(@)という。
年齢、性別、国籍などに関わらず、多くの人が直感的に使えるよう設計されたデザインを(A)という。
コンピュータにおけるこのような使い勝手の良さを(B)という。


↓解答はお知らせの下に↓

評価が高い情報のテキストはコレ!
学校で習っていなくても読んで理解できる 藤原進之介の ゼロから始める情報I


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◆解答

@バリアフリーデザイン、Aユニバーサルデザイン、Bユーザビリティ

 [全ての人に使いやすいデザイン]
障害のある人や高齢者にも配慮して設計されたデザインをバリアフリーデザイン(barrier-free design)という。
年齢、性別、国籍などに関わらず、多くの人が直感的に使えるよう設計されたデザインをユニバーサルデザイン(universal design)という。
コンピュータにおけるこのような使い勝手の良さをユーザビリティ(usability)という。


前の問題→アルゴリズムを利用した処理の自動実行
次の問題→情報技術の発展を支える学問分野


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高校数学「等式の証明」△ABCにおいて、辺BCを三等分する点をBに近い方からD,Eとするとき…

高校数学「等式の証明」△ABCにおいて、辺BCを三等分する点をBに近い方からD,Eとするとき…

◆問題
△ABCにおいて、辺BCを三等分する点をBに近い方からD,Eとするとき、次の等式が成り立つことを証明せよ。

AB2+AC2=AD2+AE2+4DE2


↓解答解説はお知らせの下に↓

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◆解答解説

等式の証明の場合、証明したい式は必ず成り立っているはずです。
だから、とにかく計算して、「(左辺)=(右辺)」を示せば良いです。

今回の問題では、△ABCの長さや座標も示されていないし、「辺BCを三等分する点をBに近い方からD,Eとする」という条件が与えられているので、それぞれの辺をどう表すかがポイントになります。
いろいろな解き方が考えられますが、ここでは△ABCの頂点の座標を、A(xa,ya),B(xb,yb),C(xc,yc)とおいて考えてみます。

三等分ということは、BD=DE=DCであり、DはBCを1:2に内分する点で、EはBCを2:1に内分する点です。

内分の公式を使えば、

D((2xb+xc)/3,(2yb+yc)/3),E((xb+2xc)/3,(yb+2yc)/3)

と表すことができますね。

それぞれの座標を表せたので、あとは証明したい式の通りに計算するだけです。

AB2=(xb−xa)2+(yb−ya)2
AC2=(xc−xa)2+(yc−ya)2

AD2={(2xb+xc)/3−xa}2+{(2yb+yc)/3−ya}2
  =(2xb+xc−3xa)2/9+(2yb+yc−3ya)2/9
AE2={(xb+2xc)/3−xa}2+{(yb+2yc)/3−ya}2
  =(2xb+xc−3xa)2/9+(yb+2yc−3ya)2/9

DE2={(xb+2xc)/3−(2xb+xc)/3}2+(yb+2yc)/3−(2yb+yc)/3}2
  =(xc−xb)/3}2+{(yc−yb)/3}2

計算を書くのが大変なので、ここでは省略しますが、これを計算すれば、

AB2+AC2=AD2+AE2+4DE2

であることが証明できます!(自分も一応紙に書いて計算してみました!)



◆関連項目
「式と証明」「複素数と方程式」まとめ


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こんなヤツです
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