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English

なぜ度をやめてラジアンを使うのか(弧度法の意味)

一周を に分ける理由は、円の側にはありません。 は人が選んだ数です。

で割りきれる。分けやすいから選ばれた、便利な数にすぎません。

ラジアンは違います。円そのものが持っている量、つまり弧の長さで角を測ります[1]

半径と同じ長さの弧を切りとる角が ラジアン。人の都合が入っていない測り方です。

長さの比なので単位がない

は、長さを長さで割った値です。メートルで測ってもセンチで測っても同じ。

だから単位が消えます。rad という記号はありますが、書かなくてよい記号です[1]

度は違います。 と書いただけでは意味が定まらず、 と記号を付けなければならない。

が別の値になるのは、この差から来ています。前者は ラジアンの正弦です。

単位が消えると、ほかの数と自由に混ぜられます。 のような式が意味を持つ。

式から 360 が消える

弧の長さを度で書くと です。 で割って一周のうちの割合を出している。

ラジアンなら で終わります[1]。割合を出す手順が、定義の中にすでに入っているためです。

扇形の面積も同じ。度では 、ラジアンでは

も式から消えました。 の中に隠れています。

半径 、中心角 なら弧は 、面積は 。暗算で出ます。

小さい角では sin x と x がほぼ同じ

をラジアンで測るとき、 が小さければ にほとんど等しくなります。

なら なら です。

差はどんどん小さくなり、比は に近づきます[2]

理由は弧と弦の関係にあります。 は弧の長さ、 は弦の端の高さ。角が小さいほど、この 2 つは見分けがつかなくなる。

度ではこうなりません。 を度で測ると で、半端な定数が残ります。

微分の形がきれいになる

を微分すると です[3]。余計な係数が付きません。

この簡潔さは、ラジアンで測っているからこそ成り立ちます。

度で測ると係数が現れます。 を度とすると、 なので次の形になる。

が、微分するたびに掛かってきます。2 回微分すればその 2 乗。

物理や工学の式に が出てこないのは、この係数を避けているためです。

ラジアンで測る

。式に余計な定数が出ない

度で測る

微分のたびに が掛かる。極限も にならず、式が汚れていく

回転の速さを表すのにも向く

一定の速さで回る点を考えます。1 秒あたり何ラジアン進むかを と書く。

時刻 での角は です。半径 なら、点が進んだ道のりは

弧の長さの式がそのまま使えるので、速さは とすぐ出ます。

度で測ると、ここに を挟まなければなりません。式が 1 段階増える。

角と長さを行き来する場面では、ラジアンのほうが手数が少なくて済みます。

角を弧の長さで定義する

長さの比なので単位が消える

弧・面積・微分の式から 360 と π が消える

まちがえやすい点

を角度そのものと思い込む誤りがあります。 に当たる数であって、単位ではありません。

を含まない ラジアンのような角も、ふつうに存在します。

と読む誤りも多い。記号のない角はラジアンです。

なので、桁ごと違ってきます。電卓のモード表示を先に見ます。

に度を入れる誤りもよく起きます。この式はラジアン専用です。

半径 、弧の長さ の扇形の中心角は何ラジアンですか。

__RESULT__

を入れます。 です。度に直すと になります。 は割るところを掛けた値です。

微分の形も確かめます。

が係数なしで成り立つのはどんなときですか。

  • を度で測ったとき
  • をラジアンで測ったとき
  • 測り方によらずいつでも
__RESULT__

を度で測ると となり、微分に が掛かります。係数が消えるのはラジアンで測ったときだけです。この簡潔さが、数学でラジアンを標準にする理由になっています。

は人が選んだ数、ラジアンは円が持っている数。式が短くなるのは、後者が自然だからです。

参考文献

Angles. Algebra and Trigonometry 2e, OpenStax(ラジアンの定義、、扇形の面積).
Proof of Trig Limits. Paul's Online Notes, Lamar University( からのはさみうち).
Trigonometric functions. Encyclopedia of Mathematics().
一周を $360$ に分ける理由は円の側にありません。約数が多くて分けやすいから選ばれた数です。ラジアンは弧の長さを半径で割った値なので、円そのものが持っている量。長さ ÷ 長さ で単位が消え、$s = r\theta$ からも $\dfrac{1}{2}r^2\theta$ からも $360$ が姿を消します。$\lim\dfrac{\sin x}{x} = 1$ が成り立つのも、$(\sin x)' = \cos x$ に係数が付かないのもラジアンのとき。度で測ると微分のたびに $\dfrac{\pi}{180}$ が掛かってきます。$\sin 2$ と $\sin 2^\circ$ の違いまで。