正切计算器
结果
正切
正切计算器给任意角的正切值——含这个角的直角三角形里,对边比邻边;放到单位圆上看,它是角所画那条直线的斜率。正弦回答「多高」、余弦回答「多宽」,正切回答的是「多陡」:上升量除以水平距离,所以坡度、路面纵坡、梯子与地面的夹角,用的都是这个比值。三个比值里也唯有它可以取到任何数。正弦与余弦被关在负一到一之间,正切却不是——角从下方逼近直角时它一路上冲、没有上界,从另一侧过来时又落在负的一头往上爬,因此读数可以是二,可以是二百,也可以是两百万。这条「无界」正是本页全部故事所在,表里那两格缺失的行就是它的结果:九十度处邻边缩成了零,除法没有答案;二百七十度处过了半圈,同样的事情再发生一次,这两个角上正切没有值。其余的角都有读数,包括正切为零的那几个——零度、一百八十度以及整数圈——因为分子为零、分母不为零的除法就是一个普通的零。三条性质都可以从定义直接推出来。正切是奇函数,负角给出的是相反数。它的周期是半圈而不是一整圈:加上一百八十度,对边与邻边同时翻号,两个都翻号的量相除结果不变,所以三十度与二百一十度的读数相同。最后一条最容易记错:正切的符号不是正弦的符号——过了一百八十度之前正弦仍然是正的,而正切早就转负了,因为邻边已经指到另一边去,对边却没有。三角函数那一页把三个比值一起给,两页的数逐位相同;下面那张表是本页单独一组,用的是同一串十二个角,方便与另外几页横着对。
十二个角上的正切,以及没有值的那两个
| θ(度) | tan θ |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 30 | 0.5774 |
| 45 | 1 |
| 60 | 1.7321 |
| 90 | — |
| 120 | -1.7321 |
| 135 | -1 |
| 150 | -0.5774 |
| 180 | 0 |
| 210 | 0.5774 |
| 270 | — |
| 330 | -0.5774 |
十二个角、两列,两道破折号就是这张表要说的全部:它们落在九十度与二百七十度上,那是邻边为零的两个角。两道破折号之间,读数走遍了整条数轴——从零升到三十度的 0.5774、四十五度的一、六十度的 1.7321,然后到九十度消失;它从最下面回到另一侧,经过一百三十五度的负一、一百五十度的 −0.5774 升到平角处的零,接着把整个形状再走一遍,因为周期是半圈而不是一整圈。三十度与二百一十度读数相同就是这个道理,而这也是本页与正弦、余弦两页唯一不一致的地方:那两页要整整一圈才会有一行重复。
公式
tan θ = 对边 ÷ 邻边 tan θ = sin θ ÷ cos θ tan θ = 斜率
- θ
- 这个角,可以用度也可以用弧度。它可以是负的,也可以超过一整圈——只有它落在圆上的位置有意义
- 对边 / 邻边
- 含角 θ 的直角三角形里的两条直角边:θ 对面的那一条,和挨着它的那一条。正切是前者比后者——斜边完全不参与
- sin θ ÷ cos θ
- 同一个比值换成另外两个的写法。正是这个写法解释了极点:余弦为零的地方除法没有答案,而余弦在九十度与二百七十度上正好为零
- 斜率
- 这个比值在单位圆上的含义:从原点连到角终点那条直线的坡度。正切为一就是一条四十五度的直线,读数越大线越陡
要的是一个坡度而不是一个高度时用它:屋面写成上升比水平的坡度、道路的纵坡百分比、梯子或斜坡该摆成什么角度、过两点的直线朝哪个方向。也可以用来把「有多陡」压成一个数——正弦与余弦各自只说出了方向的一半,正切一次说完整。读它的时候留意两件事。角过了九十度,读数转负并继续变大,如果手里只有一张图而没有坐标,那个负号说的是这条线朝另一边斜,不是陡度变了。角逼近直角时读数越来越大、没有上界,那是在说这条线快竖直了;到九十度就没有读数可给,因为竖直的线没有水平距离可以除。要的是正弦与余弦跟它并排,去三角函数那一页;要的是这个数的倒数,那是另一个函数,断掉的位置也换到了另外两个角上。
算例
四十五度,唯一一个整数答案
- 四十五度时直角三角形的两条直角边相等
- 正切是对边比邻边
- 两个相等的量相除正好是一,所以读数是 1,不是 0.9999
页面打开时就是这个角,也是这个函数唯一取到整数的角。四十五度同时也是斜率为一的那个角,同一件事换个说法就是「水平走一格、竖直升一格」。本页其余的读数不是根号就是根号的倒数,下面那张表要写到四位小数,原因就在这里。
三十度的角
- 三十度时对边是斜边的一半
- 邻边是另一条直角边,长度是二分之根号三
- 一半除以二分之根号三等于根号三分之一,约 0.5774
三十度的正切与六十度的余切是同一个数,这是一条规则而不是巧合:直角三角形的两个锐角相加是九十度,而一个角的对边正是另一个角的邻边。所以一个角的正切永远等于它余角的余切,反过来也成立,两句话说的是同一件事。
第二象限的角,一百三十五度
- 一百三十五度是直角再过去四十五度
- 点落在第二象限,邻边变成负的,对边仍然是正的
- 正的除以负的得负,所以正切是 −1
正好是四十五度读数的相反数,而这也是整个第二象限的规律:正切的绝对值与折回第一象限那个角上的完全相同,变的只有符号。这一行也是正弦那一页给出另一套结果的地方——一百三十五度的正弦仍然是正的 0.7071,因为点还在横轴上方;而正切已经转负,因为水平方向那一段已经指到了左边。
二百一十度,比三十度多了半圈
- 二百一十度是三十度加上一个平角
- 加上一百八十度,对边与邻边同时翻号,两条都成了负的
- 负的除以负的得正,大小也没变,所以读数还是 0.5774
这条是「周期只有半圈」最干净的例子,也是本页与正弦、余弦分道扬镳的地方:那两个要转满一整圈才回到同一个读数,正切半圈就到了。原因是一个比值不在乎分子与分母是不是同时变了号。下面那张表里这一对中间隔了八行。
局限
三件要说清楚的事。第一,读数只给四位小数,而其中大多数是无理数:三十度的正切是根号三分之一,0.5774 是它截断之后的位置,不是它本身;四十五度是本页唯一一个精确、有限的值。第二,正切在九十度、二百七十度、以及一切能化简到这两个角的角上都没有值,负角和超过一整圈的角一样包括在内——负九十度与四百五十度与九十度是同一个理由被拒掉的。角非常接近但没有到达直角时,读数会很大,本页照常给数;到了直角本身,本页给的是错误提示而不是一个极大的数字,因为这个数列并不收敛:从一侧逼近时它一路上冲,从另一侧逼近时它从最下面往上爬,两侧的走向并不相同。第三,本页不反着走。手里有一个正切值一,角可以是四十五度,可以是二百二十五度,也可以是相隔半圈的无穷多个角;在它们之间挑选需要一个本页不做的决定。
常见问题
- 为什么九十度的正切没有值?
- 因为正切是对边除以邻边,而直角处邻边缩成了零。除以零没有答案,所以没有数可印。这不是「值非常大」的意思——角越接近九十度读数确实越大,但到了九十度本身就没有数了,而且从两侧逼近时的走向也不相同。二百七十度是同一件事晚了半圈再发生一次,凡是能化简到这两个角的角一样被拒答。
- 正切是不是就等于正弦除以余弦?
- 是,这是它最短的说法。它同时还是对边比邻边,也是角所画直线的斜率,三种说法说的是同一件事。最能解释问题的是除法这个写法:余弦为零的地方这个分数没有答案,而余弦在九十度与二百七十度上正好为零——下面那张表里两道破折号就在这两行。
- 为什么一百三十五度的正切是负的,正弦却是正的?
- 因为正切既看上升也看水平距离。一百三十五度时点还在横轴上方,所以正弦保持为正的 0.7071;但点已经越到纵轴左边,邻边变成负的,除法跟着转负。正切的符号说的其实是两条直角边的方向是否一致,而不是点有多高——这也是它比正弦早四分之一圈转负的原因。
- 正切值很大说明什么?
- 说明这条线快竖直了。读数就是斜率,正切为十的意思是水平走一格、竖直升十格,角越接近九十度这个数越大、没有上界。越过九十度之后同一条线从最下面重新出现,再往上爬向零,所以极点两侧的读数并不接近,而是差得不能再远。
- 正切多久重复一次?
- 每半圈重复一次,比正弦余弦勤一倍。给一个角加上一百八十度,对边与邻边同时翻号,两个都翻号的量相除结果不变,所以三十度与二百一十度的正切都是 0.5774。正弦与余弦则要整整一圈才回得来。
- 角可以填弧度吗?
- 可以——输入框旁边有单位选择,选哪一种读出的都是同一个角。四十五度与 0.7854 弧度给出同一个正切:一。要留意的还是拿去对照的那份资料默认用哪个单位,印刷出来的表绝大多数默认是度。
参考资料
- Tangent — 对边比邻边这个比值、它半圈的周期,以及它在九十度与二百七十度上的极点 — Wolfram MathWorld(美国)
- Trigonometric Functions — 六个比值的定义、值域与定义域,以及它们各自在哪些角上没有值 — Wolfram MathWorld(美国)
- Cotangent — 本页的倒数函数,它自己的极点落在零度与一百八十度上 — Wolfram MathWorld(美国)
- 教育部关于印发义务教育课程方案和课程标准(2022 年版)的通知——该通知的附件清单第 5 项是《义务教育数学课程标准(2022 年版)》;锐角三角函数是义务教育阶段「图形的性质」的内容,正切是其中三个比值之一,原文与学段要求以该附件为准 — 中华人民共和国教育部