幾何化思維下的三角函數微分形式

2020-12-12 電子通信和數學

三角函數的微分形式資料上都是從純分析的角度得出,邏輯嚴謹,但缺乏直觀,本篇就從幾何角度出發得出直觀的三角函數微分形式

提起三角函數,首先聯想到的就是圓,而圓中又以單位圓應用最為廣泛,首先我們來看一個單位圓,它的方程就是x^2+y^2=1。

那麼它的x坐標就是cosθ, y的坐標是sinθ

如果我們將單位圓的旋轉半徑逆時針增加一個微小的角度Δθ,那麼y坐標同樣增加一個微小的長度Δy.具體如下圖所示

根據你的初高中知識,圓的弧長=半徑x旋轉角度

所以單位圓上旋轉微小的Δθ後,所以增加的微小的弧長就是Δθ,下圖所示

為了更好的觀察我們把它移出來,當Δθ趨於0時,下圖中Δθ對應的弧長就是一條直線,這也是無窮小的思想概念,所以顏色深的陰影部分就是一個微小的直角三角形。

我們已經知道,當Δθ趨於0時,Δθ對應的弧長就是一條直線,因為直線是有弧長退化而來的,弧長和直線不斷逼近,最終重合,所以這條直線就是圓上的切線,既然是切線根據你的三角知識,就有如下兩個相等的α角,

我們繼續,在整個單位圓中Δθ趨於0時,由於弧長演化成該點的切線,那麼如下兩個三角形肯定相似,這個很容易理解的

所以根據你已經掌握的微分知識,Δθ=dθ,Δy=dy,因為y=sinθ,這兩個三角形又相似,所以得出dsinθ/dθ=Δy/Δθ=x/1=cosθ

這是從形象直觀的幾何關係中得出的三角函數的導數形式。對於cosθ的導數你可以做同樣的處理,有興趣的夥伴可以動手去試一試。

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