プリンキピア

第1章関数とグラフ

Key Concepts重要な概念

  • Radian measure is defined such that the angle associated with the arc of length 1 on the unit circle has radian measure 1. An angle with a degree measure of 180° has a radian measure of π rad.
    弧度法では、単位円上の長さ1の弧に対応する角を1ラジアンと定義する。180°の角は、ラジアンではπ radである。
  • For acute angles θ, the values of the trigonometric functions are defined as ratios of two sides of a right triangle in which one of the acute angles is θ.
    鋭角θに対する三角関数の値は、1つの鋭角がθである直角三角形の2辺の長さの比で定義される。
  • For a general angle θ, let (x,y) be a point on a circle of radius r corresponding to this angle θ. The trigonometric functions can be written as ratios involving x,y, and r.
    一般の角θについて、半径rの円上で角θに対応する点を(x,y)とする。三角関数は、x,yとrを含む比で表せる。
  • The trigonometric functions are periodic. The sine, cosine, secant, and cosecant functions have period 2π. The tangent and cotangent functions have period π.
    三角関数は周期関数である。正弦、余弦、正割、余割の周期は2π、正接と余接の周期はπである。

Key Equations重要な式

Generalized sine function
一般化した正弦関数
f(x)=Asin(B(x−α))+C
Exercises 113–117練習問題 113–117
For the following exercises, convert each angle in degrees to radians. Write the answer as a multiple of π.
次の問題では、度で表された各角をラジアンに換算せよ。答えはπの倍数として書くこと。
Exercise 113問題 113
240°
240°
Solution解き方
4π3rad
4π3rad
Exercise 114問題 114
15°
15°
Exercise 115問題 115
−60°
−60°
Solution解き方
−π3
−π3
Exercise 116問題 116
−225°
−225°
Exercise 117問題 117
330°
330°
Solution解き方
11π6rad
11π6rad
Exercises 118–122練習問題 118–122
For the following exercises, convert each angle in radians to degrees.
次の問題では、ラジアンで表された各角を度に換算せよ。
Exercise 118問題 118
π2rad
π2rad
Exercise 119問題 119
7π6rad
7π6rad
Solution解き方
210°
210°
Exercise 120問題 120
11π2rad
11π2rad
Exercise 121問題 121
−3πrad
−3πrad
Solution解き方
−540°
−540°
Exercise 122問題 122
5π12rad
5π12rad
Exercises 123–128練習問題 123–128
Evaluate the following functional values.
次の関数値を求めよ。
Exercise 123問題 123
cos(4π3)
cos(4π3)
Solution解き方
−0.5
−0.5
Exercise 124問題 124
tan(19π4)
tan(19π4)
Exercise 125問題 125
sin(−3π4)
sin(−3π4)
Solution解き方
−22
−22
Exercise 126問題 126
sec(π6)
sec(π6)
Exercise 127問題 127
sin(π12)
sin(π12)
Solution解き方
3−122
3−122
Exercise 128問題 128
cos(5π12)
cos(5π12)
Exercises 129–134練習問題 129–134
For the following exercises, consider triangle ABC, a right triangle with a right angle at C. a. Find the missing side of the triangle. b. Find the six trigonometric function values for the angle at A. Where necessary, simplify to a fraction or round to three decimal places.
次の問題では、Cを直角とする直角三角形ABCを考える。a. 未知の辺の長さを求めよ。b. 角Aに対する6つの三角関数の値を求めよ。必要に応じて分数を簡単にし、または小数第3位まで求めよ。
頂点がA、B、Cの直角三角形。ACは辺b、CBは辺a、BAは辺c。Cには直角の印があり、Aには角の印がある。

OpenStax, Rice University; Calculus Volume 1. · CC BY-NC-SA 4.0

Exercise 129問題 129
a=4,c=7
a=4,c=7
Solution解き方
a. b=33≈5.745 b. sinA=47,cosA=337,tanA=433,cscA=74,secA=733,cotA=334
a. b=33≈5.745 b. sinA=47,cosA=337,tanA=433,cscA=74,secA=733,cotA=334。
Exercise 130問題 130
a=21,c=29
a=21,c=29
Exercise 131問題 131
a=85.3,b=125.5
a=85.3,b=125.5
Solution解き方
a. c=151.7 b. sinA=0.5623,cosA=0.8273,tanA=0.6797,cscA=1.778,secA=1.209,cotA=1.471
a. c=151.7 b. sinA=0.5623,cosA=0.8273,tanA=0.6797,cscA=1.778,secA=1.209,cotA=1.471。
Exercise 132問題 132
b=40,c=41
b=40,c=41
Exercise 133問題 133
a=84,b=13
a=84,b=13
Solution解き方
a. c=85 b. sinA=8485,cosA=1385,tanA=8413,cscA=8584,secA=8513,cotA=1384
a. c=85 b. sinA=8485,cosA=1385,tanA=8413,cscA=8584,secA=8513,cotA=1384。
Exercise 134問題 134
b=28,c=35
b=28,c=35
Exercises 135–138練習問題 135–138
For the following exercises, P is a point on the unit circle. a. Find the (exact) missing coordinate value of each point and b. find the values of the six trigonometric functions for the angle θ with a terminal side that passes through point P. Rationalize denominators.
英語のヒント
次の問題では、Pは単位円上の点である。a. 未知の座標の厳密な値を求めよ。b. 終辺が点Pを通る角θに対する6つの三角関数の値を求めよ。分母は有理化すること。
Exercise 135問題 135
P(725,y),y>0
P(725,y),y>0
Solution解き方
a. y=2425 b. sinθ=2425,cosθ=725,tanθ=247,cscθ=2524,secθ=257,cotθ=724
a. y=2425 b. sinθ=2425,cosθ=725,tanθ=247,cscθ=2524,secθ=257,cotθ=724。
Exercise 136問題 136
P(−1517,y),y<0
P(−1517,y),y<0
Exercise 137問題 137
P(x,73),x<0
P(x,73),x<0
Solution解き方
a. x=−23 b. sinθ=73,cosθ=−23,tanθ=−142,cscθ=377,secθ=−322,cotθ=−147
a. x=−23 b. sinθ=73,cosθ=−23,tanθ=−142,cscθ=377,secθ=−322,cotθ=−147。
Exercise 138問題 138
P(x,−154),x>0
P(x,−154),x>0
Exercises 139–146練習問題 139–146
For the following exercises, simplify each expression by writing it in terms of sines and cosines, then simplify. The final answer does not have to be in terms of sine and cosine only.
次の問題では、各式をいったん正弦と余弦で書き直してから簡単にせよ。最終的な答えは、正弦と余弦だけで表す必要はない。
Exercise 139問題 139
tan2x+sinxcscx
tan2x+sinxcscx
Solution解き方
sec2x
sec2x
Exercise 140問題 140
secxsinxcotx
secxsinxcotx
Exercise 141問題 141
tan2xsec2x
tan2xsec2x
Solution解き方
sin2x
sin2x
Exercise 142問題 142
secx−cosx
secx−cosx
Exercise 143問題 143
(1+tanθ)2−2tanθ
(1+tanθ)2−2tanθ
Solution解き方
sec2θ
sec2θ
Exercise 144問題 144
sinx(cscx−sinx)
sinx(cscx−sinx)
Exercise 145問題 145
costsint+sint1+cost
costsint+sint1+cost
Solution解き方
1sint(=csct)
1sint(=csct)
Exercise 146問題 146
1+tan2α1+cot2α
1+tan2α1+cot2α
Exercises 147–154練習問題 147–154
For the following exercises, verify that each equation is an identity.
次の問題では、各等式が恒等式であることを確かめよ。
Exercise 147問題 147
tanθcotθcscθ=sinθ
tanθcotθcscθ=sinθ
Exercise 148問題 148
sec2θtanθ=secθcscθ
sec2θtanθ=secθcscθ
Exercise 149問題 149
sintcsct+costsect=1
sintcsct+costsect=1
Exercise 150問題 150
sinxcosx+1+cosx−1sinx=0
sinxcosx+1+cosx−1sinx=0
Exercise 151問題 151
cotγ+tanγ=secγcscγ
cotγ+tanγ=secγcscγ
Exercise 152問題 152
sin2β+tan2β+cos2β=sec2β
sin2β+tan2β+cos2β=sec2β
Exercise 153問題 153
11−sinα+11+sinα=2sec2α
11−sinα+11+sinα=2sec2α
Exercise 154問題 154
tanθ−cotθsinθcosθ=sec2θ−csc2θ
tanθ−cotθsinθcosθ=sec2θ−csc2θ
Exercises 155–162練習問題 155–162
For the following exercises, solve the trigonometric equations on the interval 0≤θ<2π.
次の問題では、区間0≤θ<2πで三角方程式を解け。
Exercise 155問題 155
2sinθ−1=0
2sinθ−1=0
Solution解き方
{π6,5π6}
{π6,5π6}
Exercise 156問題 156
1+cosθ=12
1+cosθ=12
Exercise 157問題 157
2tan2θ=2
2tan2θ=2
Solution解き方
{π4,3π4,5π4,7π4}
{π4,3π4,5π4,7π4}
Exercise 158問題 158
4sin2θ−2=0
4sin2θ−2=0
Exercise 159問題 159
3cotθ+1=0
3cotθ+1=0
Solution解き方
{2π3,5π3}
{2π3,5π3}
Exercise 160問題 160
3secθ−23=0
3secθ−23=0
Exercise 161問題 161
2cosθsinθ=sinθ
2cosθsinθ=sinθ
Solution解き方
{0,π,π3,5π3}
{0,π,π3,5π3}
Exercise 162問題 162
csc2θ+2cscθ+1=0
csc2θ+2cscθ+1=0
Exercises 163–166練習問題 163–166
For the following exercises, each graph is of the form y=AsinBx or y=AcosBx, where B>0. Write the equation of the graph.
次の問題のグラフは、y=AsinBxまたはy=AcosBxの形であり、B>0とする。グラフを表す式を書け。
Exercise 163問題 163
x軸は−4から4、y軸は−5から5。波形の曲線は(−4, 0)から減少して(−2, −4)に達し、そこから増加して(2, 4)に達した後、再び減少する。x軸との交点は(−4, 0)、(0, 0)、(4, 0)で、y軸との交点は原点である。

OpenStax, Rice University; Calculus Volume 1. · CC BY-NC-SA 4.0

Solution解き方
y=4sin(π4x)
y=4sin(π4x)
Exercise 164問題 164
x軸は−4から4、y軸は−5から5。波形の曲線は(−4, −2)から(−3, 2)へ増加し、その後、(−2, −2)、(−1, 2)、(0, −2)、(1, 2)、(2, −2)、(3, 2)と、減少と増加を交互に繰り返す。そこから再び減少する。x軸との交点はx = −3.5、−2.5、−1.5、−0.5、0.5、1.5、2.5、3.5。y軸との交点は(0, −2)。

OpenStax, Rice University; Calculus Volume 1. · CC BY-NC-SA 4.0

Exercise 165問題 165
x軸は−4から4、y軸は−5から5。多数の周期が描かれた波形で、中央付近を見ると、(−1, 1)から(−0.5, −1)へ減少し、(0, 1)へ増加し、(0.5, −1)へ減少し、(1, 1)へ増加した後、再び減少する。この部分のx軸との交点はx = −0.75、−0.25、0.25、0.75。y軸との交点は(0, 1)。

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Solution解き方
y=cos(2πx)
y=cos(2πx)
Exercise 166問題 166
x軸は−4から4、y軸は−5から5。多数の周期が描かれた波形で、中央付近を見ると、(−1.25, 0.75)から(−0.75, −0.75)へ減少し、(−0.25, 0.75)へ増加し、(0.25, −0.75)へ減少し、(0.75, 0.75)へ増加した後、再び減少する。この部分のx軸との交点はx = −1、−0.5、0、0.5。y軸との交点は原点。

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Exercises 167–182練習問題 167–182
For the following exercises, find a. the amplitude, b. the period, and c. the phase shift with direction for each function.
次の問題では、各関数について、a. 振幅、b. 周期、c. 位相の移動量と向きを求めよ。
Exercise 167問題 167
y=sin(x−π4)
y=sin(x−π4)
Solution解き方
a. 1 b. 2π c. π4 units to the right
a. 1 b. 2π c. 右へπ4。
Exercise 168問題 168
y=3cos(2x+3)
y=3cos(2x+3)
Exercise 169問題 169
y=−12sin(14x)
y=−12sin(14x)
Solution解き方
a. 12 b. 8π c. No phase shift
a. 12 b. 8π c. 位相の移動はない。
Exercise 170問題 170
y=2cos(x−π3)
y=2cos(x−π3)
Exercise 171問題 171
y=−3sin(πx+2)
y=−3sin(πx+2)
Solution解き方
a. 3 b. 2 c. 2π units to the left
a. 3 b. 2 c. 左へ2π。
Exercise 172問題 172
y=4cos(2x−π2)
y=4cos(2x−π2)
Exercise 173問題 173
[T] The diameter of a wheel rolling on the ground is 40 in. If the wheel rotates through an angle of 120°, how many inches does it move? Approximate to the nearest whole inch.
[T] 地面を転がる車輪の直径は40 inである。車輪が120°回転すると、何インチ進むか。最も近い整数インチに丸めて求めよ。
Solution解き方
Approximately 42 in.
約42 in。
Exercise 174問題 174
[T] Find the length of the arc intercepted by central angle θ in a circle of radius r. Round to the nearest hundredth.
英語のヒント
[T] 半径rの円で、中心角θに対応する弧の長さを求めよ。小数第2位まで求めること。
a. r=12.8 cm, θ=5π6 rad b. r=4.378 cm, θ=7π6 rad c. r=0.964 cm, θ=50° d. r=8.55 cm, θ=325°
a. r=12.8 cm、θ=5π6 rad b. r=4.378 cm、θ=7π6 rad c. r=0.964 cm、θ=50° d. r=8.55 cm、θ=325°。
Exercise 175問題 175
[T] As a point P moves around a circle, the measure of the angle changes. The measure of how fast the angle is changing is called angular speed, ω, and is given by ω=θ/t, where θ is in radians and t is time. Find the angular speed for the given data. Round to the nearest thousandth.
英語のヒント
[T] 点Pが円周上を動くと、角の大きさが変わる。角が変化する速さを角速度ωといい、ω=θ/tで与えられる。θはラジアン、tは時間である。与えられたデータから角速度を求め、小数第3位まで表せ。
a. θ=7π4rad,t=10 sec b. θ=3π5rad,t=8 sec c. θ=2π9rad,t=1 min d. θ=23.76rad,t=14 min
a. θ=7π4rad,t=10 秒 b. θ=3π5rad,t=8 秒 c. θ=2π9rad,t=1 分 d. θ=23.76rad,t=14 分。
Solution解き方
a. 0.550 rad/sec b. 0.236 rad/sec c. 0.698 rad/min d. 1.697 rad/min
a. 0.550 rad/秒 b. 0.236 rad/秒 c. 0.698 rad/分 d. 1.697 rad/分。
Exercise 176問題 176
[T] A total of 250,000 m2 of land is needed to build a nuclear power plant. Suppose it is decided that the area on which the power plant is to be built should be circular.
英語のヒント
[T] 原子力発電所の建設には、合計250,000 m2の土地が必要である。建設用地を円形にすることに決まったとする。
  1. Find the radius of the circular land area.
    円形の土地の半径を求めよ。
  2. If the land area is to form a 45° sector of a circle instead of a whole circle, find the length of the curved side.
    同じ面積の土地を、円全体ではなく中心角45°の扇形にする場合、曲線部分の長さを求めよ。
Exercise 177問題 177
[T] The area of an isosceles triangle with equal sides of length x is
[T] 等しい2辺の長さがxである二等辺三角形の面積は、次の式で表される。
12x2sinθ,
12x2sinθ
where θ is the angle formed by the two sides. Find the area of an isosceles triangle with equal sides of length 8 in. and angle θ=5π/12 rad.
ここで、θは等しい2辺の間の角である。等しい2辺の長さが8 inで、角がθ=5π/12 radである二等辺三角形の面積を求めよ。
Solution解き方
≈30.9in2
≈30.9in2。
Exercise 178問題 178
[T] A particle travels in a circular path at a constant angular speed ω. The angular speed is modeled by the function ω=9|cos(πt−π/12)|. Determine the angular speed at t=9 sec.
[T] 粒子が円軌道上を動き、その角速度の大きさωは関数ω=9|cos(πt−π/12)|でモデル化される。t=9秒での角速度の大きさを求めよ。
Exercise 179問題 179
[T] An alternating current for outlets in a home has voltage given by the function
[T] 家庭のコンセントの交流電圧は、次の関数で与えられる。
V(t)=150cos368t,
V(t)=150cos368t
where V is the voltage in volts at time t in seconds.
Vは、時刻t秒における電圧(ボルト)である。
  1. Find the period of the function and interpret its meaning.
    この関数の周期を求め、その意味を説明せよ。
  2. Determine the number of periods that occur when 1 sec has passed.
    1秒間に何周期が生じるか求めよ。
Solution解き方
a. π/184; the voltage repeats every π/184 sec b. Approximately 59 periods
a. π/184。電圧はπ/184秒ごとに繰り返す。 b. 約59周期。
Exercise 180問題 180
[T] The number of hours of daylight in a northeast city is modeled by the function
[T] 北東部のある都市の日照時間は、次の関数でモデル化される。
N(t)=12+3sin[2π365(t−79)],
N(t)=12+3sin[2π365(t−79)]
where t is the number of days after January 1.
tは1月1日からの経過日数である。
  1. Find the amplitude and period.
    振幅と周期を求めよ。
  2. Determine the number of hours of daylight on the longest day of the year.
    1年で昼が最も長い日の日照時間を求めよ。
  3. Determine the number of hours of daylight on the shortest day of the year.
    1年で昼が最も短い日の日照時間を求めよ。
  4. Determine the number of hours of daylight 90 days after January 1.
    1月1日から90日後の日照時間を求めよ。
  5. Sketch the graph of the function for one period starting on January 1.
    1月1日から始まる1周期分のグラフを描け。
Exercise 181問題 181
[T] Suppose that T=50+10sin[π12(t−8)] is a mathematical model of the temperature (in degrees Fahrenheit) at t hours after midnight on a certain day of the week.
[T] ある日の午前0時からt時間後の気温(華氏)を、数学モデルT=50+10sin[π12(t−8)]が表すとする。
  1. Determine the amplitude and period.
    振幅と周期を求めよ。
  2. Find the temperature 7 hours after midnight.
    午前0時から7時間後の気温を求めよ。
  3. At what time does T=60°?
    T=60°となるのは何時か。
  4. Sketch the graph of T over 0≤t≤24.
    0≤t≤24の範囲でTのグラフを描け。
Solution解き方
a. Amplitude = 10;period=24 b. 47.4°F c. 14 hours later, or 2 p.m. d.
a. 振幅は10;周期=24。 b. 47.4°F。 c. 14時間後、つまり午後2時。 d. 次のグラフ。図は概形で、山の位置は指定された式とわずかにずれている。計算は設問の式に従い、最大は14時・60°Fとする。
横軸は午前0時からの時間tで0から24、縦軸は気温Tで0から60°F。波形の曲線は約42°Fから下がり、2時ごろに約41°Fで最小となった後、13時ごろに約59°Fまで上がり、23時ごろまで下がる。図は概形で、指定式の厳密な最小値40°F・最大値60°Fと山の時刻14時から少しずれている。

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Exercise 182問題 182
[T] The function H(t)=8sin(π6t) models the height H (in feet) of the tide t hours after midnight. Assume that t=0 is midnight.
[T] 関数H(t)=8sin(π6t)が、午前0時からt時間後の潮位H(フィート)をモデル化する。t=0が午前0時に当たるものとする。
  1. Find the amplitude and period.
    振幅と周期を求めよ。
  2. Graph the function over one period.
    1周期分のグラフを描け。
  3. What is the height of the tide at 4:30 a.m.?
    午前4時30分の潮位はいくらか。
periodic function
周期関数
a function is periodic if it has a repeating pattern as the values of x move from left to right
xの値を左から右へ動かすと、一定のパターンを繰り返す関数。
radians
ラジアン
for a circular arc of length s on a circle of radius 1, the radian measure of the associated angle θ is s
半径1の円で長さsの弧に対応する角θの大きさを、sラジアンとする角の単位。
trigonometric functions
三角関数
functions of an angle defined as ratios of the lengths of the sides of a right triangle
直角三角形の辺の長さの比として定義される角の関数。一般の角へは円上の座標を使って拡張する。
trigonometric identity
三角関数の恒等式
an equation involving trigonometric functions that is true for all angles θ for which the functions in the equation are defined
三角関数を含む等式で、その関数が定義されるすべての角θについて成り立つもの。