數學英文

推廣的三角比

在數學發展脈絡中,三角比的前身是托勒密 (Ptolemy) 在西元二世紀 (the second century) 發表的弦表 (table of chords),所謂的角 (angle) 都是圓心角,所以介於 \(0^\circ\) 和 \(360^\circ\) 之間。後來伊斯蘭文明 (Islamic civilization) 從印度學來正弦與餘弦 (sine and cosine)──就好像他們從印度學來「阿拉伯數字」(Arabic numerals) 似的,在那之後才有直角三角形上的三角比,而「角」就僅限於銳角 (acute angles) 了。所謂「推廣的三角比」最初是把三角比推廣到 90 度以上:

to extend trigonometric ratios beyond \(90^\circ\)
如今的意思是把三角比推廣到「廣義角」上。所謂推廣的三角比就是單位圓上的三角比:
The extended trigonometric ratios are the ratios on the unit circle.
所謂單位圓 (unit circle) 是指坐標平面上以原點 \((0,0)\) 為圓心,單位長 \(1\) 為半徑的圓:
The circle of radius \(1\) centered at the origin \((0,0)\) in the Cartesian coordinate system.

英文似乎沒有「廣義角」的說法。被推廣的是三角比,而不是角:我們並沒有推廣角的定義,只是讓它多了方向性 (directionality):稱為有向角 directed angle 或有號角 signed angle,並規定逆時針旋轉方向 (counterclockwise direction) 為正向,順時針旋轉方向 (clockwise direction) 為負向。注意 clockwise 已經是副詞,不要再加 ly。

為了將三角比從直角三角形推廣到單位圓上, 我們將角放在坐標平面的標準位置 (in standard position), 也就是頂點在原點而始邊在 \(x\) 軸正向:

the vertex of the angle lies at the origin and the initial side lies along the positive \(x\)-axis.
如此一來,終邊 (terminal side),也就是一條以原點為端點的射線:
a ray starts at the origin
就決定了一組同界角 coterminal angles。

所謂單位圓上的三角比,就是將有向角 \(A\) 放在標準位置,取其終邊與單位圓的交點 \({\cal A}(x,y)\)──\({\cal A}\) 是書法字型 (calligraphic font) 的 A,讀作 calli-A,在此脈絡中可以讀作「點 A」(point A)──則定義 \[\cos A=x\quad\text{and}\quad\sin A=y\] 其他三角比都從 sin 和 cos 定義: \[\tan A={\sin A\over\cos A},\quad \cot A={1\over\tan A},\quad \sec A={1\over\cos A},\quad \csc A={1\over\sin A}\] 基本的三角平方公式 \[\sin^2A +\cos^2A=1\] 只不過因為 \((\cos A,\sin A)\) 是單位圓上的點坐標,它們滿足單位圓方程式:\(x^2+y^2=1\),英文稱此平方公式為畢氏等式 Pythagorean identity,或者更精確地說畢氏三角等式 Pythagorean trigonometric identity,可以略為簡化成 Pythagorean trig identity。其他兩種變形 (variations): \[\tan^2A+1=\sec^2A\quad\text{and}\quad\cot^2A+1=\csc^2A\] 同樣也稱為畢氏等式,它們都是 Pythagorean identities。

[語音講解:trig-circle.mp3]

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Created: Mar 23, 2022
Last Revised: 23/08/05
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