三角関数 – 余弦定理

概要

三角形の2辺a、bとそのなす角θが与えられたとき、3つ目の辺cの長さは以下で求められる。

    $$ c^2 = a^2 + b^2 - 2ab \cos \theta $$

鋭角の場合

下図のように、辺a、bとそのなす角θが与えられているとき、3つ目の辺cとそれらとの関係を考える。

math_cosine_formula_1

辺cは上図右の直角三角形の斜辺なので、以下の式が成り立つ。

    $$ \begin{align*} c^2 &= ( b \sin \theta )^2 + ( a - b \cos \theta )^2 \\ &= b^2 \sin ^2 \theta + a^2 + b^2 \cos ^2 \theta - 2ab \cos \theta \\ &= a^2 + b^2 - 2ab \cos \theta \end{align} $$

鈍角の場合

下図のようになす角が鈍角の場合を考える。

math_cosine_formula_2

    $$ \begin{align*} c^2 &= \left[ b \sin ( \pi - \theta ) \right]^2 + \left[ b \cos ( \pi - \theta ) + a \right]^2 \\ &= (b \sin \theta )^2 + (-b \cos \theta + a)^2 \\ &= b^2 \sin ^2 \theta + b^2 \cos ^2 \theta + a^2 - 2ab \cos \theta \\ &= a^2 + b^2 - 2ab \cos \theta \end{align} $$

 

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