三角関数 y=cosx のグラフ
y=cosx は、単位円周上で角 x(ラジアン)の位置にある点の x 座標です1。正弦が点の高さを表すのに対し、余弦は横方向の位置を表します。グラフは正弦と同じ形の波で、位置だけがずれています。
定義域と値域
定義域はすべての実数、値域は区間 [−1,1] です。
- 定義域はすべての実数
- 値域は −1≤y≤1
- 振幅は 1、周期は 2π
- 最大値 1 を x=2nπ、最小値 −1 を x=(2n+1)π でとる
周期性
cos(x+2π)=cosx が成り立ち、周期は 2π です。
対称性
cos(−x)=cosx が成り立つ偶関数で、y 軸に関して線対称です。奇関数である正弦との、最も大きな違いです。
増減と極値
導関数は y′=−sinx です。x=2nπ で最大値 1、x=(2n+1)π で最小値 −1 をとります。とくに x=0 で最大値をとるため、グラフは山から始まります。
二階導関数は y′′=−cosx で、零点のたびに符号が変わります。したがって変曲点は x=2π+nπ にあり、零点と一致します。
特徴的な値
| x | cosx |
|---|
| 0 | 1 |
| 6π | 23 |
| 4π | 22 |
| 3π | 21 |
| 2π | 0 |
| π | −1 |
零点は cosx=0 となる x=2π+nπ です。
原点付近の近似
点 (0,1) での接線は水平で、その付近では上に凸の放物線でよく近似できます。
cosx≈1−2x2 テイラー展開は偶数次の項だけからなり、すべての実数で収束します。
cosx=1−2!x2+4!x4−⋯ 正弦との対比
| 項目 | y=sinx | y=cosx |
|---|
| x=0 での値 | 0 | 1 |
| 対称性 | 奇関数 | 偶関数 |
| 最大値をとる x | 2π+2nπ | 2nπ |
| 零点 | nπ | 2π+nπ |
| 導関数 | cosx | −sinx |
cosx=sin(x+2π) なので、余弦は正弦の波を左へ 2π 平行移動したものです。cosx=0 となる点が tanx や secx の垂直漸近線の位置を決めています。オイラーの公式 eix=cosx+isinx では、余弦が実部を担います。
角度と長さを結ぶ
ベクトルの内積や余弦定理のように、余弦は角度と長さを結びつけます2。
a⋅bc2=∣a∣∣b∣cosθ=a2+b2−2abcosC 応用
- ベクトルのなす角の計算
- 三角形の解法における余弦定理
- 交流の力率と位相の基準
- フーリエ展開の余弦成分
波としては正弦と同じものですが、x=0 で最大値をとるので、位相の基準としてよく使われます。
- Sine and cosine、Wikipedia
- Law of cosines、Wikipedia