قيم جبرية دقيقة لثوابت مثلثية

من أرابيكا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من ثوابت مثلثية)
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث
تكون زوايا الحلول الأولية على شكل (cos , sin) في دائرة الوحدة هي مضاعفات 30 و 45 درجة.

التعبيرات الجبرية الدقيقة للقيم المثلثية مفيدة في بعض الأحيان، خاصةً لتبسيط الحلول إلى أشكال جذرية تسمح بمزيد من التبسيط.

جميع الأعداد المثلثية - الجيب أو جيب التمام من مضاعفات كسرية لـ 360° - هي أعداد جبرية (حلول المعادلات متعددة الحدود مع معاملات صحيحة)؛ زيادة على ذلك، يمكن التعبير عنها بدلالة جذور الأعداد المركبة؛ ولكن ليس كل هذه يمكن التعبير عنها بدلالة جذور حقيقية. عندما تكون كذلك، فهي قابلة للتعبير بشكل أكثر تحديدًا بدلالة الجذور التربيعية.

جميع قيم الجيب، وجيب التمام، وظلال الزوايا متزايدة بـ 3° يمكن تعبير عنها بدلالة الجذور التربيعية، باستخدام المتطابقات (متطابقة نصف الزاوية، ومتطابقة ضعف الزاوية، ومتطابقة إضافة/طرح الزاوية) وباستخدام القيم لـ 0° و 30° و 36° و 45° . بالنسبة لزاوية عدد صحيح بالدرجات التي ليست مضاعفة لـ 3° (π/60 راديان)، لا يمكن التعبير عن قيم الجيب وجيب التمام والمماس بدلالة الجذور الحقيقية.

وفقًا لمبرهنة نيفن، فإن القيم الكسرية الوحيدة لدالة الجيب التي من أجلها تكون عمدتها (argument) عبارة عن عدد كسري من الدرجات هي: 0، و 1/2، و 1، -1/2 و -1.

وفقًا لمبرهنة باكر، إذا كانت قيمة الجيب أو جيب التمام أو الظل جبرية، فإن الزاوية تكون إما عددًا نسبيًّا من الدرجات أو عددًا متساميًا من الدرجات. وبعبارة أخرى، إذا كانت الزاوية عبارة عن عدد جبري من الدرجات، ولكنها غير كسرية، فإن جميع الدوال المثلثية لها قيم متسامية.

جدول بعض الزوايا الشائعة

عدة وحدات القياس زاوية تستخدم على نطاق واسع، بما في ذلك الدرجات، الراديات، والغراد:

1 دائرة كاملة (دورة) = 360 درجات =  راديان = 400 غراد.

يعرض الجدول التالي التحويلات والقيم لبعض الزوايا الشائعة:

دورات درجات راديان غراد جيب جيب التمام ظل
0 0 0g 0 1 0
1/12 30° π/6
33 1/3g
1/2

3/2

3/3

1/8 45° π/4 50g
2/2
2/2
1
1/6 60° π/3
66 2/3g
3/2
1/2
3
1/4 90° π/2 100g 1 0
1/3 120° 2π/3
133 1/3g
3/2
1/2
3
3/8 135° 3π/4 150g
2/2
2/2
−1
5/12 150° 5π/6
166 2/3g
1/2
3/2
3/3
1/2 180° π 200g 0
−1
0
7/12 210° 7π/6
233 1/3g
1/2
3/2
3/3
5/8 225° 5π/4 250g
2/2
2/2
1
2/3 240° 4π/3
266 2/3g
3/2
1/2
3
3/4 270° 3π/2 300g
−1
0
5/6 300° 5π/3
333 1/3g
3/2
1/2

3

7/8 315° 7π/4 350g
2/2
2/2
−1
11/12 330° 11π/6
366 2/3g
1/2
3/2
3/3
1 360° 2π 400g 0 1 0

زوايا أخرى

الجدول المثلثية الدقيقة لمضاعفات 3 درجات.

0 °: أساسي

sin0=0
cos0=1
tan0=0
cot0= غير معرف

1.5 °: مئة وعشروني الأضلاع المنتظم (المضلع به 120 ضلع)

sin(π120)=sin(1.5)=(2+2)(15+31025)(22)(3065+5+1)16
cos(π120)=cos(1.5)=(2+2)(3065+5+1)+(22)(15+31025)16

1.875 °: ست وتسعوني الاضلاع (مضلع ذو 96 ضلعًا)

sin(π96)=sin(1.875)=1222+2+2+3
cos(π96)=cos(1.875)=122+2+2+2+3

2.25 °: المثمن المنتظم (مضلع به 80 ضلع)

sin(π80)=sin(2.25)=1222+2+5+52
cos(π80)=cos(2.25)=122+2+2+5+52

2.8125 ° : أربع وستيني الأضلاع المنتظم (مضلع ذو جانبين)

sin(π64)=sin(2.8125)=1222+2+2+2
cos(π64)=cos(2.8125)=122+2+2+2+2

3 °: ستيني الأضلاع المنتظم (مضلع به 60 ضلع)

sin(π60)=sin(3)=2(13)5+5+(102)(3+1)16
cos(π60)=cos(3)=2(1+3)5+5+(102)(31)16
tan(π60)=tan(3)=[(23)(3+5)2][21025]4
cot(π60)=cot(3)=[(2+3)(3+5)2][2+1025]4

3.75 °: ثماني وأربعيني الأضلاع المنتظم (مضلع ذو 48 ضلعًا)

sin(π48)=sin(3.75)=1222+2+3
cos(π48)=cos(3.75)=122+2+2+3

4.5 °: أربعيني الأضلاع المنتظم (مضلع ذو 40 ضلعًا)

sin(π40)=sin(4.5)=1222+5+52
cos(π40)=cos(4.5)=122+2+5+52

5.625 °: إثنا وثلاثيني الأضلاع (مضلع ذو 32 ضلعًا)

sin(π32)=sin(5.625)=1222+2+2
cos(π32)=cos(5.625)=122+2+2+2

6 °: ثلاثيني الأضلاع المنتظم (مضلع ذو 30 ضلعًا)

sinπ30=sin6=30180518
cosπ30=cos6=1020+3+158
tanπ30=tan6=1020+3152
cotπ30=cot6=27+15+50+24202

7.5 °: أربع وعشريني الأضلاع المنتظم (مضلع ذو 24 ضلعًا)

sin(π24)=sin(7.5)=1222+3=1482622
cos(π24)=cos(7.5)=122+2+3=148+26+22
tan(π24)=tan(7.5)=63+22=(21)(32)
cot(π24)=cot(7.5)=6+3+2+2=(2+1)(3+2)

9 °: عشروني الأضلاع المنتظم (مضلع ذو 20 ضلعًا)

sinπ20=sin9=1225+52
cosπ20=cos9=122+5+52
tanπ20=tan9=5+15+25
cotπ20=cot9=5+1+5+25

11.25 °: ستة عشري الأضلاع المنتظم

sinπ16=sin11.25=1222+2
cosπ16=cos11.25=122+2+2
tanπ16=tan11.25=4+2221
cotπ16=cot11.25=4+22+2+1

12 °: خمسة عشري الأضلاع المنتظم

sinπ15=sin12=18[2(5+5)+315]
cosπ15=cos12=18[6(5+5)+51]
tanπ15=tan12=12[33152(25115)]
cotπ15=cot12=12[15+3+2(5+5)]

15 °: إثنا عشري الأضلاع المنتظم

sinπ12=sin15=14(62)=1223
cosπ12=cos15=14(6+2)=122+3
tanπ12=tan15=23
cotπ12=cot15=2+3

18 °: عشري الأضلاع منتظم [1]

sinπ10=sin18=14(51)
cosπ10=cos18=142(5+5)
tanπ10=tan18=155(525)
cotπ10=cot18=5+25

21 °: مجموع 9 درجة + 12 درجة

sin7π60=sin21=116(2(3+1)55(62)(1+5))
cos7π60=cos21=116(2(31)55+(6+2)(1+5))
tan7π60=tan21=14(2(2+3)(35))(22(5+5))
cot7π60=cot21=14(2(23)(35))(2+2(5+5))

22.5 °: المثمن المنتظم

sinπ8=sin22.5=1222,
cosπ8=cos22.5=122+2
tanπ8=tan22.5=21
cotπ8=cot22.5=2+1=δS

حيث δS هو العدد الفضي.

24 °: مجموع 12 درجة + 12 درجة

sin2π15=sin24=18[15+32(55)]
cos2π15=cos24=18(6(55)+5+1)
tan2π15=tan24=12[50+2253315]
cot2π15=cot24=12[153+2(55)]

27 °: مجموع 12 درجة + 15 درجة

sin3π20=sin27=18[25+52(51)]
cos3π20=cos27=18[25+5+2(51)]
tan3π20=tan27=51525
cot3π20=cot27=51+525

30 °: المسدس المنتظم

sinπ6=sin30=12
cosπ6=cos30=32
tanπ6=tan30=33=13
cotπ6=cot30=3

33 °: مجموع 15 درجة + 18 درجة

sin11π60=sin33=116[2(31)5+5+2(1+3)(51)]
cos11π60=cos33=116[2(3+1)5+5+2(13)(51)]
tan11π60=tan33=14[2(23)(3+5)][2+2(55)]
cot11π60=cot33=14[2(2+3)(3+5)][22(55)]

36 °: الخماسي المنتظم

[1]
sinπ5=sin36=141025
cosπ5=cos36=5+14=φ2,

حيث φ هي النسبة الذهبية؛

tanπ5=tan36=525
cotπ5=cot36=1525+105

39 °: مجموع 18 درجة + 21 درجة

sin13π60=sin39=116[2(13)55+2(3+1)(5+1)]
cos13π60=cos39=116[2(1+3)55+2(31)(5+1)]
tan13π60=tan39=14[(23)(35)2][22(5+5)]
cot13π60=cot39=14[(2+3)(35)2][2+2(5+5)]

42 °: مجموع 21 درجة + 21 درجة

sin7π30=sin42=30+1805+18
cos7π30=cos42=153+10+208
tan7π30=tan42=15+310+202
cot7π30=cot42=502420+27152

45 °: مربع

sinπ4=sin45=22=12
cosπ4=cos45=22=12
tanπ4=tan45=1
cotπ4=cot45=1

54 °: مجموع 27 درجة + 27 درجة

sin3π10=sin54=5+14
cos3π10=cos54=10254
tan3π10=tan54=25+1055
cot3π10=cot54=520

60 °: مثلث متساوي الأضلاع

sinπ3=sin60=32
cosπ3=cos60=12
tanπ3=tan60=3
cotπ3=cot60=33=13

67.5 °: مجموع 7.5 درجة + 60 درجة

sin3π8=sin67.5=122+2
cos3π8=cos67.5=1222
tan3π8=tan67.5=2+1
cot3π8=cot67.5=21

72 °: مجموع 36 درجة + 36 درجة

sin2π5=sin72=142(5+5)
cos2π5=cos72=14(51)
tan2π5=tan72=5+25
cot2π5=cot72=155(525)

75 °: مجموع 30 درجة + 45 درجة

sin5π12=sin75=14(6+2)
cos5π12=cos75=14(62)
tan5π12=tan75=2+3
cot5π12=cot75=23

90 °: أساسي

sinπ2=sin90=1
cosπ2=cos90=0
tanπ2=tan90= غير معرف
cotπ2=cot90=0

قائمة الثوابت المثلثية لـ 2π/n

بالنسبة إلى الجذور التكعيبية للأعداد غير الحقيقية التي تظهر في هذا الجدول، يجب أخذ القيمة الأساسية، وهذا يعني أن الجذر التكعيبي يحتوي على أكبر جزء حقيقي؛ هذا الجزء الأكبر الحقيقي هو دائما موجب. لذلك، فإن مجموع الجذور التكعيبية التي تظهر في الجدول كلها أعداد حقيقية موجبة.

nsin(2πn)cos(2πn)tan(2πn)1010201033123410±5(10+25)(51)63713(77+21323721323)(1+7+21323+721323)82219(13231+323)(1+323+1323)10(1025)(5+1)11123313143(11214336+554906419331433655490641933)3(80+14336+55490641933+1433655490641933)15(15+31025)(1+5+3065)(3315+50+225)16(22)(2+2)117(1+17+34217+217+31734217234+217)18(44334+433)(4+433+4433)1920(51)(10+25)(25105)21222324(62)(6+2)23

ملاحظات

استخدامات الثوابت

كمثال على استخدام هذه الثوابت، نعتبر حجم إثنا عشري السطوح المنتظم [English]، حيث a هو طول إحدى أحرفه:

V=5a3cos36tan236

باستخدام: cos36=5+14

tan36=525

يمكن تبسيط هذا إلى:

V=a3(15+75)4

اشتقاق القيم من المثلثات

مضلع منتظم (ذو n ضلعًا) ومثلثه القائم الأساسي. الزوايا: a = 180°/n و b =90(1 − 2/n

يعتمد اشتقاق القيم الدقيقة للجيب وجيب التمام والظل على إنشاء المثلثات القائمة.

هنا تستخدم المثلثات القائمة التي أنشئت من قِطَع التناظر للمضلعات العادية لحساب النسب المثلثية الأساسية.  يمثل كل مثلث قائم ثلاث نقاط في مضلع عادي: الرأس، مركز الحافة الحاوية لهذا الرأس، ومركز المضلع. يمكن تقسيم مضلع ذو n ضلعًا إلى 2n مثلثات قائمة ذات زوايا 180/n، و 90 − 180/n، و 90° ، من أجل n = 3 , 4 , 5 , ....

قابلية إنشاء المضلعات ذات 3 و 4 و 5 و 15 ضلعًا هي الأساس، كما تسمح منصفات الزوايا باشتقاق مضاعفات تلك أعداد الأضلاع في اثنين أيضًا.

هناك أيضًا مضلعات منتظمة أخرى قابلة للإنشاء: 17, 51, 85, 255, 257, 353, 449, 641, 1409, 2547, ..., 65535, 65537, 69481, 73697, ..., 4294967295.)
  • غير القابلة للإنشاء – التعبيرات الجذرية اللانهائية التي تتضمن أعدادًا حقيقية لتلك نسب أضلاع المثلث ممكنة، وبالتالي فإن مضاعفاتها في اثنين غير ممكنة أيضًا.
    • ذو 9 × 2n ضلعًا
      • مثلث ذو زوايا 70°-20°-90° : تساعي الأضلاع
      • مثلث ذو زوايا 80°-10°-90° : ثمانية عشري الأضلاع
      • مثلث ذو زوايا 85°-5°-90° : ستة وثلاثوني الأضلاع
      • مثلث ذو زوايا 87.5°-2.5°-90° : إثنا وسبعوني الأضلاع
      • ...
    • ذو 45 × 2n ضلعًا
      • مثلث ذو زوايا 86°-4°-90° : خمسة وأربعوني الأضلاع
      • مثلث ذو زوايا 88°-2°-90° : تسعوني الأضلاع [English]
      • مثلث ذو زوايا 89°-1°-90° : ذو 180 ضلعًا
      • مثلث ذو زوايا 89.5°-0.5°-90° : ذو 360 ضلعًا
      • ...

انظر أيضا

المراجع

  1. ^ أ ب Bradie، Brian (سبتمبر 2002). "Exact values for the sine and cosine of multiples of 18°: A geometric approach". The College Mathematics Journal. ج. 33 ع. 4: 318–319. DOI:10.2307/1559057. JSTOR:1559057.

روابط خارجية