請選擇「由角度求值」或「由值求角度」再輸入。計算後,結果會和單位圓圖一起顯示。
這個頁面可以做什麼
- 只要輸入角度 \(\theta\)(度),就能一次算出 \(\sin\theta\)、\(\cos\theta\)、\(\tan\theta\) 的值。\(30^\circ\)、\(45^\circ\)、\(60^\circ\)、\(120^\circ\) 等特殊角,會同時以 \(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\) 這樣的精確值和小數表示
- 也能反過來,像「\(\sin\theta = 0.5\) 的角度是多少?」這樣,由三角比的值求角度(反三角函數的計算。範圍是 \(0^\circ\)~\(180^\circ\)。符合的角度有 2 個時,兩個都會顯示)
- 負角和超過 \(360^\circ\) 的角也能計算。角度以度為主,同時列出弧度量
- 計算結果附單位圓圖,\(\sin\theta\)、\(\cos\theta\) 是圓上哪一段長度,一眼就能看出
- 公式的淺顯解說,以及可直接複製到 Excel、Google 試算表和 Python 使用的公式,都整理在這個頁面
這個計算有什麼用?
道路「陡坡」標誌上的「10%」,意思是「水平前進 100 公尺會上升 10 公尺」,正好就是 \(\tan\theta = 0.1\)(約 \(5.7^\circ\))。在台灣,內政部《建築物無障礙設施設計規範》規定輪椅坡道的坡度不得大於 1/12,也就是 \(\tan\theta = \dfrac{1}{12}\)(換成角度約 \(4.8^\circ\))。
比起「角度」,「正切值」可以直接由高度和水平距離算出,實務上比較好用,所以坡度的標示直接使用這個三角比。
無法直接用捲尺量的高處,可以由「距離」和「抬頭看的角度(仰角)」用 高度 = 距離 × \(\tan\theta\) 求出。例如在離樹 20 公尺的地方測得仰角 \(30^\circ\),眼睛高度以上的部分就是 \(20 \times \tan 30^\circ \approx 11.5\) 公尺。
土地測量和製作地圖用的「三角測量」,就是用這個概念,從測得的角度推算距離和位置。測量現場用的全站儀等儀器,也是用三角比把測得的角度和距離換算成坐標。
放在斜面上的物體受到鉛直向下的重力。物理上會把它分解成「沿著斜面往下滑的分力(重力 × \(\sin\theta\))」和「垂直壓向斜面的分力(重力 × \(\cos\theta\))」來思考。
在傾斜 \(30^\circ\) 的斜面上,往下滑的力是重力的 \(\sin 30^\circ = \dfrac{1}{2}\),也就是一半。坡道上手煞車夠不夠力、滑雪場的坡度和滑行速度等,斜面的物理都從這個分解開始。
遊戲要計算「往角度 \(\theta\) 的方向以速度 \(v\) 移動」時,電腦會讓坐標在橫向移動 \(v \times \cos\theta\)、縱向移動 \(v \times \sin\theta\)。射擊遊戲的子彈軌跡、雷達圖頂點的位置、畫面上時鐘指針的繪製等,「由角度求位置」的處理全都靠 sin、cos。
單位圓的定義(\(x = \cos\theta,\ y = \sin\theta\))本身,就是畫面上旋轉與圓周運動的程式。
屋頂的斜度常用「水平 10、垂直 4」這樣的比來表示(水平前進 10 就升高 4,也就是 \(\tan\theta = 0.4\),約 \(21.8^\circ\))。斜度確定後,屋面材料需要的長度就是 水平長度 ÷ \(\cos\theta\):水平 5 公尺的屋頂,斜面長約 \(5 \div \cos 21.8^\circ \approx 5.39\) 公尺。排水的順暢度、材料用量都是由這個值估算。
木工用曲尺(角尺)畫出斜度的傳統做法,也正是直角三角形邊長比=三角比的概念。
公式與圖
符號與用語解說
符號
| \(\theta\) | theta | 常用來表示角度的希臘字母(為什麼用 \(\theta\) 表示角度,並沒有定論)。除了 \(\theta\),也常用 \(\alpha\)(alpha)、\(\beta\)(beta)表示角。 |
| \(\sin\theta\) | sine theta(正弦) | 角 \(\theta\) 的正弦。在直角三角形中是「對邊 ÷ 斜邊」,在單位圓上是點 \(P\) 的 \(y\) 坐標。sin 據說源自拉丁文 sinus(海灣、懷抱)。 |
| \(\cos\theta\) | cosine theta(餘弦) | 角 \(\theta\) 的餘弦。在直角三角形中是「鄰邊 ÷ 斜邊」,在單位圓上是點 \(P\) 的 \(x\) 坐標。co- 取自 complementary(餘角的),意思是「餘角 \(90^\circ - \theta\) 的正弦」。 |
| \(\tan\theta\) | tangent theta(正切) | 角 \(\theta\) 的正切。在直角三角形中是「對邊 ÷ 鄰邊」,相當於直線的斜率。tangent 源自拉丁文「相切」的意思,因為它可以畫成單位圓切線上的一段長度。 |
| \(a,\ b,\ c\) | a, b, c | 本頁中指直角三角形的 3 邊:\(a\) 是對邊(角 \(\theta\) 對面的邊),\(b\) 是鄰邊(角 \(\theta\) 旁邊的邊),\(c\) 是斜邊。 |
| \(P(x,\ y)\) | P x y | 單位圓與終邊的交點。\(P\) 是 point(點)的字首。這個點的 \(x\) 坐標是 \(\cos\theta\),\(y\) 坐標是 \(\sin\theta\)。 |
| \(O\) | O | 原點(坐標 \((0, 0)\) 的點),取自 origin(原點)的字首。是單位圓的圓心,也是終邊旋轉的中心。 |
| \(\sqrt{2},\ \sqrt{3}\) | 根號 2、根號 3 | 平方後等於 2、3 的正數(\(\sqrt{2} \approx 1.414,\ \sqrt{3} \approx 1.732\))。因為出現在三角板的邊長比中,特殊角的三角比精確值常會用到它們。 |
| \(^\circ\)(度) | 度 | 角大小的單位(度度量)。把一圈定為 \(360^\circ\) 的量法,也是日常生活中最熟悉的角度表示法。 |
| \(\pi\) | pi | 圓周率(\(\approx 3.14159\))。用弧度表示角度時會用到,\(180^\circ = \pi\)(弧度)。這個字母據說取自希臘文「周長」的第一個字母。 |
用語
| 三角比 | 直角三角形兩邊的比值。基本的是 sin、cos、tan 三種,只要角度確定,不論三角形大小,值都只有一個。在高中數學學到;推廣到任意角之後也稱為三角函數。 |
| 正弦 | sin 的中文名稱。「弦」是連接圓上兩點的線段,正弦據說源自「弦的一半」。 |
| 餘弦 | cos 的中文名稱。「餘」源自餘角(相加為 90° 的角),意思是餘角的正弦(\(\cos\theta = \sin(90^\circ - \theta)\))。 |
| 正切 | tan 的中文名稱。「切」源自圓的切線,因為 \(\tan\theta\) 可以表示成在 \((1, 0)\) 與單位圓相切的直線上的一段長度。 |
| 斜邊 | 直角三角形中,直角對面最長的邊。在 sin、cos 的定義中是除數(分母)。 |
| 對邊 | 從所看的角 \(\theta\) 來看,在對面的邊。注意:哪一邊是對邊,會隨著「看哪一個角」而改變。 |
| 鄰邊 | 從所看的角 \(\theta\) 來看,在旁邊的邊(夾著直角的兩邊中,與 \(\theta\) 相鄰、不是斜邊的那一邊)。注意:哪一邊是鄰邊,會隨著「看哪一個角」而改變。 |
| 單位圓 | 以原點為圓心、半徑 1 的圓。把半徑定為 1,就不必做「對邊 ÷ 斜邊」的除法,點的坐標直接就是 sin、cos 的值。是把三角比推廣到 90° 以上的角的工具。 |
| 終邊 | 從原點出發,由 \(x\) 軸的正向(始邊)旋轉角 \(\theta\) 後的射線(此時稱為標準位置角)。在圖上表示角的大小。 |
| 鈍角 | 大於 90°、小於 180° 的角。鈍角的三角比無法用直角三角形定義,所以用單位圓來定義。鈍角的 cos、tan 是負值。 |
| 直角三角形 | 有一個角是直角(90°)的三角形,是三角比最初定義的舞台。其餘兩個角相加為 90°。 |
| 三角板 | 45°-45°-90° 的等腰直角三角形(邊長比 \(1 : 1 : \sqrt{2}\))和 30°-60°-90° 的直角三角形(邊長比 \(1 : \sqrt{3} : 2\))兩片一組的文具。特殊角的三角比精確值,就是由這兩種三角形的邊長比求出的。 |
| 分母有理化 | 把分母的根號去掉的變形。\(\dfrac{1}{\sqrt{2}}\) 的分子和分母同乘 \(\sqrt{2}\),就變成 \(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\),兩者是同一個值。台灣的課本通常寫成有理化後的 \(\dfrac{\sqrt{2}}{2}\)。 |
| 度度量 | 把一圈定為 360° 來量角的方法,是本頁輸入與輸出的主要單位。360 這個數的因數很多(它的二分之一、三分之一、四分之一……都是整數),從古代就開始使用。 |
| 弧度量 (弧度) |
用半徑 1 的圓上的弧長來量角的方法,也稱為弧度法。\(180^\circ = \pi\)(弧度),角度寫成像 \(60^\circ = \dfrac{\pi}{3}\) 這樣 \(\pi\) 的分數。高中學三角函數時開始使用,到微積分就以弧度為主,所以本頁也一併列出。 |
| 反三角函數 | 像「sin θ = 0.5 的 θ 是多少?」這樣,由三角比的值反求角度的函數,例如反正弦(\(\sin^{-1}\)、arcsin)等。工程計算機和 Excel 都有內建。本頁「由值求角度」就是這種計算。 |
| 特殊角 | 像 30°、45°、60°、90°、120° 這樣,三角比可以寫成精確值(分數和根號)的代表性角度。是三角板的角,以及由它們組合出的 180° − θ 等角。 |
建議先了解的基礎知識
為了能「理解意義」地使用本頁的計算,這裡整理了建議事先了解的基礎知識。
遇到卡關時,回頭複習這些內容是最快的方法。
| 比與比值(國小六年級,11~12 歲) |
|
| 直角坐標(國中一年級,12~13 歲) |
|
| 圓(國小~國中) |
|
| 相似形(國中三年級,14~15 歲) |
|
| 畢氏定理(國中二年級,13~14 歲) |
|
| 平方根(國中二年級,13~14 歲) |
|
用 Excel 計算的方法
| 對邊 a | 3 |
| 斜邊 c | 5 |
| sin θ = a ÷ c | =B1/B2 |
| 鄰邊 b | 4 |
| 斜邊 c | 5 |
| cos θ = b ÷ c | =B1/B2 |
| 對邊 a | 3 |
| 鄰邊 b | 4 |
| tan θ = a ÷ b | =B1/B2 |
| 角度 θ(度) | 60 |
| sin θ | =SIN(RADIANS(B1)) |
| cos θ | =COS(RADIANS(B1)) |
| tan θ | =TAN(RADIANS(B1)) |
| sin θ 的值 | 0.5 |
| 角度 (1)(度) | =DEGREES(ASIN(B1)) |
| 角度 (2)(度) | =180-B2 |
前三個表格用的是邊長比 3 : 4 : 5 的直角三角形,答案分別是 0.6、0.8、0.75。
第四個表格用 60° 的角:sin θ = 0.8660…、cos θ = 0.5、tan θ = 1.7320…。
第五個表格求 sin θ = 0.5 的角度:角度 (1) 是 30,角度 (2) 是 150(在 0°~180° 之間,左右對稱的兩個角的正弦相同)。cos 只要一個公式「=DEGREES(ACOS(B1))」;tan 用「=DEGREES(ATAN(B1))」,答案為負時加上 180。
用 Google 試算表計算的方法
| 對邊 a | 3 |
| 斜邊 c | 5 |
| sin θ = a ÷ c | =B1/B2 |
| 鄰邊 b | 4 |
| 斜邊 c | 5 |
| cos θ = b ÷ c | =B1/B2 |
| 對邊 a | 3 |
| 鄰邊 b | 4 |
| tan θ = a ÷ b | =B1/B2 |
| 角度 θ(度) | 60 |
| sin θ | =SIN(RADIANS(B1)) |
| cos θ | =COS(RADIANS(B1)) |
| tan θ | =TAN(RADIANS(B1)) |
| sin θ 的值 | 0.5 |
| 角度 (1)(度) | =DEGREES(ASIN(B1)) |
| 角度 (2)(度) | =180-B2 |
用 Python 計算的方法
import math
# 由角度求 sin、cos、tan
angle_degree = 60
angle_radian = math.radians(angle_degree) # math 模組的三角函數接收的是弧度
print(f"sin {angle_degree}° = {math.sin(angle_radian)}")
print(f"cos {angle_degree}° = {math.cos(angle_radian)}")
print(f"tan {angle_degree}° = {math.tan(angle_radian)}")
# 由三角比的值求角度(0°~180°)
sin_value = 0.5
angle_first = math.degrees(math.asin(sin_value)) # 反正弦;答案是弧度,所以換回度
angle_second = 180 - angle_first # 由 sin(180° − θ) = sin θ 求另一個角
print(f"sin θ = {sin_value} 的角度:{angle_first}° 和 {angle_second}°")
用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)
sin θ = a/c
\sin\theta = \dfrac{a}{c}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>sin</mi><mo>⁡</mo><mi>θ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mi>a</mi><mi>c</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
sin theta = a/c
Sin[30 Degree]
sin(30*Pi/180);
sind(30)
sin θ = a/c
cos θ = b/c
\cos\theta = \dfrac{b}{c}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>cos</mi><mo>⁡</mo><mi>θ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mi>b</mi><mi>c</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
cos theta = b/c
Cos[30 Degree]
cos(30*Pi/180);
cosd(30)
cos θ = b/c
tan θ = a/b
\tan\theta = \dfrac{a}{b}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>tan</mi><mo>⁡</mo><mi>θ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mi>a</mi><mi>b</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
tan theta = a/b
Tan[30 Degree]
tan(30*Pi/180);
tand(30)
tan θ = a/b
cos θ = x, sin θ = y(單位圓上的點 P(x, y))
\cos\theta = x,\quad \sin\theta = y
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>cos</mi><mo>⁡</mo><mi>θ</mi><mo>=</mo><mi>x</mi>
<mo>,</mo>
<mi>sin</mi><mo>⁡</mo><mi>θ</mi><mo>=</mo><mi>y</mi>
</mrow>
</math>
cos theta = x, sin theta = y
{Cos[120 Degree], Sin[120 Degree]}
evalf([cos(120*Pi/180), sin(120*Pi/180)]);
[cosd(120), sind(120)]
cos θ = x, sin θ = y
請 ChatGPT 幫忙計算的方法
你是數學(三角比)的計算助理。請實際執行 Python 程式碼來進行以下計算,並且只根據執行結果的數值作答(不要用心算或猜測作答)。 1. 求 sin 135°、cos 135°、tan 135°。每一個都請同時以精確值(分數和根號)和小數表示。 2. 在 0° ≤ θ ≤ 180° 的範圍內,求出所有 sin θ = 0.5 的角度 θ。 在 Python 中請使用 math 模組,並先把度換成弧度再計算。請列出使用的公式和執行結果的數值。
使用方法
-
1輸入數值在輸入欄中輸入要計算的數值
-
2計算按下「計算」按鈕
-
3查看結果計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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