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直感数学その13:三角関数とは結局なんだったのか

数学
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三角関数?三角形はどの情報で定まるかという話

関数という言葉だけですでに聞きなれないところに、

三角形の考え方まで導入されると、よくわからなくなる方も多いと思います。

しかし、落ち着いて考えれば簡単な話で、

三角形は、3つの辺と、3つの角度(内角)によってできているものですから、

関数というのは、ある一つの変数が、別の1つ、または複数の変数によって定まるとき、その定まるほうの変数を指します。

例えば、角度a,b,cがあったとして、

角度bを変数、角度cは固定(定数)というルールを定めると、

変数である角度aは、a=180-b-cとして、正確にはa=-b+(180-c)として、

変数bによって定まる関数でもあることになります。

このa=-b+(180-c)も、三角形に関する関数(関数という言葉は、関数aとしても使えば、その関係を定める式そのものにも使います)なので、立派な三角関数です。

 

同じように、いくつか三角関数を考えてみましょう。

辺の情報が無いとき、角度aが1つだけわかっても、まず残りの角度はわかりません。わかるのは、残りの角度の和b+cが、180-aと等しいということだけです。

もちろん、これも、関数a、変数b、変数cと考えて、多変数関数として捉えられなくもありませんが、あまり実際には役に立ちません。

 

さて、三角形ABCについて、頂点A,B,Cの角度をa,b,cとします。

辺ABの長さを単にABと呼んでよいことにしましょう。

ABとaがわかっているとき、BCやCA、b,cがわかるでしょうか。

実際に絵に描けばすぐわかりますが、もちろんわかりません。

パターンはかなり限定されますが、決定できません。

 

AB,BC,CAのすべてがわかる場合、角度a,b,cがわかるでしょうか。

これは、わかります。

長さを定めたマッチ棒を3つもってきて三角形を作れば、

誰が作っても同じ形になるのがわかると思います。

 

角度a,b,cすべてがわかる場合、AB,BC,CAがわかるでしょうか。

実は、これはわかりません。

種明かしですが、角度a,b,cがすべてわかるというのは、

実際、角度a,bのみがわかることと意味は同じですので、情報が

3つにみえて、実際は2つしかないのが原因です。

 

お気づきかと思いますが、辺、角度の6つの情報のうち、

3つ分かれば、残りの3つ全てが確定するわけです。

ただし、角度の合計が180度というのは三角形のルールですので、

実質、これを含めると、4つ情報がなければなりません。

そういうわけで、角度が3つとも、というのは情報が3つで情報不足になります。