사인 법칙

Law of sines
시네스의 법칙
그림 1: 원주 표시
그림 2, 원 없음
사인 법칙의 성분으로 레이블이 지정된 두 삼각형.α, β, θ는 각각 대문자 A, B, C의 정점에 관련된 각도이다.소문자 a, b c는 반대쪽 변의 길이입니다.(a반대쪽α 등)

삼각법에서 사인법칙, 사인법칙, 사인법칙 또는 사인법칙삼각형의 변의 길이와 각도의 사인과의 관계를 나타내는 방정식입니다.법에 따르면

여기서 a, b, c는 삼각형의 변의 길이이고 α, β, θ는 반대 각도이다(그림 2 참조). 반면 R은 삼각형의 원주 반지름이다.방정식의 마지막 부분을 사용하지 않을 때, 법칙은 때때로 역수를 사용하여 명시된다.
사인 법칙은 두 개의 각도와 변이 알려진 경우 삼각형의 나머지 변을 계산하는 데 사용될 수 있습니다. 즉, 삼각 측량이라고 알려진 기술입니다.또한 두 변과 닫히지 않은 각도 중 하나를 알고 있는 경우에도 사용할 수 있습니다.이러한 경우 삼각형이 이 데이터에 의해 고유하게 결정되지 않으며(모호한 대소문자라고 함), 이 기술은 둘러싸인 각도에 대해 두 가지 가능한 값을 제공합니다.

사인의 법칙은 스칼렌 삼각형의 길이와 각도를 찾기 위해 일반적으로 적용되는 두 개의 삼각 방정식 중 하나이며, 다른 하나는 코사인 법칙입니다.

사인 법칙은 일정한 [1]곡률을 가진 표면에서 더 높은 치수로 일반화할 수 있습니다.

역사

Ubiratahn D'Ambrosio와 Helaine Selin에 따르면, 시네의 구면 법칙은 10세기에 발견되었다.그것은 아부-마흐무드 코잔디, 아부 알-와파의 부쟈니, 나시르 알-딘 알-투시, 아부 나스르 [2]만수르에 의해 다양하게 귀속된다.

Ibn muʿah al-Jayyannā11세기 수 없는 구체의 [3]시네의 일반 법칙을 포함하고 있다.사인 평면의 법칙은 나중에 13세기에 나시르 알-딘 알-투시에 의해 언급되었다.의 "섹터 그림"에서, 그는 평면과 구면 삼각형의 사인 법칙을 언급했고, 이 [4]법칙에 대한 증거를 제공했습니다.

글렌브룸멜렌에 따르면, "시네스의 법칙은 사실 제4권에서 직각 삼각형에 대한 그의 해법에 대한 레지오몬타누스의 기초이며, 이 해법들은 차례로 그의 일반 [5]삼각형에 대한 해법의 기초가 된다."레지오몬타누스는 15세기 독일의 수학자였다.

증명

삼각형의 면적 T는 밑면의 절반에 높이를 곱한 값으로 쓸 수 있습니다.삼각형의 한 변을 베이스로 선택하면 해당 베이스에 대한 삼각형의 높이는 선택한 변과 베이스 사이의 각도의 사인 값에 다른 변의 길이를 곱한 값으로 계산됩니다.따라서 밑면의 선택에 따라 삼각형의 면적은 다음 중 하나로 기록될 수 있습니다.

.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac.num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px에 의해 이 Multiplying.고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}2/abc을 준다

삼각 해법의 모호한 경우

삼각형의 변을 찾기 위해 사인 법칙을 사용할 때 제공된 데이터에서 두 개의 개별 삼각형을 구성할 수 있는 모호한 경우가 발생합니다(즉, 삼각형에 대해 두 개의 다른 가능한 솔루션이 있습니다).아래 예시는 삼각형 ABC와 ABC′입니다.

PictureAmbitext (Greek angles).svg

일반적인 삼각형이 주어졌을 때, 다음과 같은 조건이 충족되어야만 사례가 모호해질 수 있다.

  • 삼각형에 대해 알려진 유일한 정보는 각도α와 변 a와 변 c이다.
  • 각도 α는 예각이다(, α < 90°).
  • a는 c보다 짧다(즉, a < c).
  • 측면 a는 각도 β의 고도 h보다 길다. 여기서 h = c sin α(즉, a > h)이다.

위의 조건이 모두 참일 경우, 각도 β와 βθ는 각각 유효한 삼각형을 생성하며, 이는 다음 두 조건이 모두 참임을 의미한다.

여기서 우리는 대응하는 β와 b 또는 필요에 따라 β와 bθ를 찾을 수 있다.여기서 b는 정점 A와 C에 의해 경계되고는 A와 C의해 경계된다.

다음은 사인 법칙을 사용하여 문제를 해결하는 방법의 예입니다.

예 1

예 1

주어진 값: a = 20, 변 c = 24, 각도 θ = 40°각도α가 바람직하다.

사인 법칙을 사용하여 다음과 같이 결론을 내립니다.

잠재적 용액α = 147.61°는 반드시 α + β + δ > 180°가 되기 때문에 제외된다.

예 2

예 2

삼각형 a, b의 양변 길이가 x일 경우, 제3변은 길이 c, 길이 a, b, c의 양변과 마주보는 각도는 각각 α, β, θ이다.

원주와의 관계

아이덴티티에서

세 개의 분수의 공통값은 사실 삼각형의 지름입니다.이 결과는 [6][7]프톨레마이오스로 거슬러 올라간다.

외접 직경과 동일한 사인 법칙의 비율을 도출합니다.삼각형 ADB는 지름 d의 외접 원의 중심을 통과합니다.

증명

그림과 같이 원의 중심 O를 지나는 Cdisplaystyle ADB)와 다른 B(\displaystyle ADB 새겨진 원이 있다고 가정합니다.A 이므로 B = 90^{\ 는 직각 삼각형이므로

서 R R [7]삼각형의 외접 원의 반지름입니다.각도 중심 각도가 같으므로 ({{\({displaystyle}={displaystyle 따라서,

수율 재배치

(\\display ADB 생성하는 과정을 다른 포인트와 함께 반복하면

삼각형의 면적과의 관계

삼각형의 면적은 T sin { T= {\ {1 로 지정되며, 여기서 { \ }는 길이 a와 b의 변으로 둘러싸인 각도이다.이 방정식에 사인법칙을 대입하면

R 외접반경으로 [8]보면

또한 이 평등은 다음을 의미한다는 것을 보여줄 수 있다.

여기서 T는 삼각형의 면적이고 s는 s + + 2이다 ({ s2}

위의 두 번째 등식은 면적에 대한 헤론의 공식으로 쉽게 단순화된다.

사인 규칙은 삼각형의 면적에 대한 다음 공식을 도출하는 데도 사용할 수 있습니다.각도의 반합은 S sinA + B + 2 { S = Frac { \ A + \ B + \ C }{로 나타내며, 다음과[9] 같다.

서 R R 원의 반지름입니다. sin c C { \ = frac {} { \ A} = frac {= frac { c} { }

사인 구체의 법칙

사인의 구면 법칙은 구면의 삼각형을 다루는데, 삼각형의 변은 큰 의 호이다.

구의 반지름이 1이라고 가정합니다.a, b, c를 삼각형의 변인 대호의 길이라고 하자.단위구이기 때문에 a, b c는 구체의 중심에 있는 각도로 이들 호에 의해 기울어져 있습니다(라디안).A, B, C를 각각 반대쪽의 각도로 하자.이것들은 세 개의 큰 원의 평면 사이의 이면각이다.

그리고 구면 사인 법칙은 다음과 같습니다.

Spherical trigonometry vectors.svg

벡터 프루프

원점에서 삼각형의 꼭지점까지 그려진 세 개의 단위 벡터 OA, OB OC가 있는 단위 구를 고려합니다.따라서 α, β, θ는 각각 a, b, c의 각도이다. BC는 중심에서 규모 a의 각을 세팅한다.z축을 따라 OA사용하고 xz 평면에서 OB를 사용하여 z축과 각도 c를 만드는 데카르트 베이스를 도입합니다.벡터 OC는 xy 평면에서 ON으로 투영되며 ON과 x축 사이의 각도는 A입니다.따라서 3개의 벡터에는 다음 컴포넌트가 있습니다.

스칼라 삼중곱 OA δ(OB × OC)는 구면 삼각형 OA, OB OC의 정점 위치 벡터에 의해 형성된 평행 입체의 부피이다.이 부피는 OA, OB OC를 나타내기 위해 사용되는 특정 좌표계에 불변한다.스칼라 삼중곱 OA δ(OB × OC)의 값은 OA, OB OC를 행으로 하는 3 × 3 결정식이다.OA를 따른 z축에서 이 행렬식의 제곱은

OB를 따라 z축을 사용하여 이 계산을 반복하면 (sin c sin a sin B)2가 되고 OC를 따라 z축을 사용하면 (sin b sin C)2가 됩니다.이 표현들을 동일시하고 (sin a sin b sin c)2로 나누면
여기서 V는 구면 삼각형의 꼭지점 위치 벡터에 의해 형성된 평행입방체의 부피이다.그 결과, 결과는 다음과 같습니다.

작은 구면 삼각형의 경우, 구면의 반지름이 삼각형의 변보다 훨씬 클 때, 이 공식은 한계에서 평면 공식이 되는 방법을 쉽게 알 수 있다.

sin bsin c도 마찬가지입니다.

Sine law spherical small.svg

기하학적 증명

다음과 같은 단위 구를 고려합니다.

DD}) 및 E({ E D O {\ O ({ \angle = \ AEO =})로 구성합니다.

A { A such A { \ A로 구성합니다.

따라서 A A \ ADA ' B A = C \ \ ' C }임을 알 수 있습니다.

A { A}는 OBA { \ A }를 투영한 입니다 A = = A E 90 ∘ \ \ AA \ AA

기본 삼각법에는 다음이 있습니다.

A A sin B sinC \ AA '

이들을 조합하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

유사한 추론을 적용하여 사인 구체의 법칙을 구한다.

기타 증명

코사인 구면 법칙에서 순수하게 대수적 증명을 구성할 수 있다. 2로부터 A - 2로부터 A { \ {2} A1 - \ cos ^ 로부터의 표현A { \ \ A 로부터

a b, a 순환 순열에서는 불변하므로 구면 사인 규칙이 즉시 뒤따릅니다.

위의 기하학적 증명에 사용된 그림은 기본 선형 대수와 투영 행렬을 사용하여 사인 법칙을 도출하기 위해 Banerjee에[10] 의해 사용되거나 Banerjee(본 문서의 그림 3 참조)에 제공되기도 합니다.

쌍곡선 대소문자

쌍곡선 기하학에서 곡률이 -1일 때, 사인 법칙은

B가 직각일 때 특별한 경우, 사람들은 다음을 얻는다.

이것은 각도의 사인을 빗변으로 나눈 반대변으로 표현하는 유클리드 기하학의 공식과 유사하다.

곡률이 일정한 표면의 경우

실제 파라미터 K에 따라 일반화 사인 함수를 정의합니다.

일정한 곡률의 사인 법칙 K는 다음과 같이 읽힌다[1].

K = 0, K = 1, K = -1대입하면 위에서 설명한 사인 법칙의 유클리드, 구면, 쌍곡선 경우를 각각 얻을 수 있다.

pK(r)는 일정한 곡률 K의 공간에서 반지름 r의 원의 둘레를 나타낸다.그러면K p(r) =K sin r이다.따라서 사인 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

이 공식은 야노스 볼야이[11]의해 발견되었다.

고차원

n차원 유클리드 공간에서의 n차원 심플렉스(즉, 삼각형(n = 2), 사면체(n = 3), 펜타토프(n = 4) 등에 대해 정점에서 만나는 패싯법선 벡터의 극사인(psin)의 절대값은 정점 반대편 패싯의 하이퍼 면적으로 나눈 값과는 독립적이다.n차원 심플렉스의 하이퍼볼륨에 대해 V를 쓰고, (n - 1)차원 패싯의 하이퍼 영역 곱에 대해 P를 쓰면, 공통 비율은 다음과 같다.

예를 들어, 사면체는 네 개의 삼각형 면을 가지고 있다.정점을 공유하는 세 패싯에 대한 정규 벡터의 극 사인 절대값을 네 번째 패싯 면적으로 나눈 값은 정점의 선택에 따라 달라지지 않습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b "Generalized law of sines". mathworld.
  2. ^ 세시아노는 단지 알-와파를 기고자로 등재했다.Sesiano, Jacques (2000) "이슬람 수학" 페이지 137–157,
  3. ^ O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Abu Abd Allah Muhammad ibn Muadh Al-Jayyani", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews
  4. ^ Berggren, J. Lennart (2007). "Mathematics in Medieval Islam". The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook. Princeton University Press. p. 518. ISBN 978-0-691-11485-9.
  5. ^ Glen Van Brummelen (2009)."천지의 수학: 삼각법초기 역사"프린스턴 대학 출판부 259쪽ISBN 0-691-1273-8
  6. ^ 콕서터, H.S.M.과 그리처, S.L. 기하학 재방문워싱턴 DC: 수학.Assoc. Amer., 페이지 1-3, 1967
  7. ^ a b "Law of Sines". www.pballew.net. Retrieved 2018-09-18.
  8. ^ Mr. T's Math Videos (2015-06-10), Area of a Triangle and Radius of its Circumscribed Circle, archived from the original on 2021-12-11, retrieved 2018-09-18
  9. ^ Mitchell, Douglas W., "사인 관점에서 왜가리형 면적 공식", Mathemical Gazette 93, 2009년 3월, 108–109.
  10. ^ Banerjee, Sudipto (2004), "Revisiting Spherical Trigonometry with Orthogonal Projectors", The College Mathematics Journal, Mathematical Association of America, 35 (5): 375–381, doi:10.1080/07468342.2004.11922099, S2CID 122277398Text online {{citation}}:외부 링크 postscript=(도움말)CS1 유지보수: 포스트스크립트(링크)
  11. ^ Katok, Svetlana (1992). Fuchsian groups. Chicago: University of Chicago Press. p. 22. ISBN 0-226-42583-5.

외부 링크