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English

「45 度の半分」から出る 22.5 度と 67.5 度の三角比と正八角形

という短い式になります[1]。ところが正弦と余弦のほうは、根号の中にもう 1 つ根号が入る。

値は [1] の直角三角形を 1 回延ばせば、この形が図から出てきます。

45 度を二等分する図

の正方形を対角線で切った直角三角形から始める。 の形です[2]

直角の頂点を の頂点を とします。 の側へ延ばし、 となる点 をとる。

三角形 は二等辺三角形なので、角 と角 が等しくなる。

外角の がこの 2 つに分かれるので、それぞれ になる。

3 辺の長さを出す

を足した です。 のまま。

斜辺 を三平方の定理で出します。

になる。ここで二重根号が現れました。

例:tan 22.5 度は根号 1 つで済む

正接は対辺を隣辺で割るので、斜辺が要りません。

分母を有理化しました。 なので、分母が消える。

です。二重根号の出番がないので、いちばん扱いやすい形になっている。

例:sin と cos には二重根号が残る

は対辺を斜辺で割った値。

このままでも正しい値。ただし分母に根号があるので、整理した形に直します。

乗して確かめると 。平方根をとると になり、一致します[1]

余弦のほうも同じ手順で になる[1]

の二重根号は これ以上ほどけません。中の が、うまい形に分かれないためです。

のようにほどける場合と、ほどけない場合がある。

67.5 度は余角として読む

同じ三角形の残る鋭角が です。 なので余角の関係になる[3]

正弦と余弦が入れかわり、正接は逆数になる。

との積が になることも確かめられます。

sintan
22.5 度0.38270.4142
67.5 度0.92392.4142

正弦の列が入れかわり、正接の列は逆数どうしになっています。

の値はどれですか。

__RESULT__

の余角なので、正接は逆数になります。 の分母を有理化すると です。 の値になります。

正八角形の中に 22.5 度がいる

正八角形を中心から 8 つの三角形に分けると、それぞれの頂角は

二等辺三角形なので、頂点から底辺へ下ろした垂線が頂角を二等分する。ここに が現れます。

canvas: 置き場が受け取りませんでした

の正八角形では、外接円の半径が 、内接円の半径が です[4]

さきほど図から出した長さが、そのまま並んでいる。

例:正八角形の面積

の正八角形の面積は次の形になる[4]

なら

正方形なら 、正十二角形ならもっと大きい。辺の数が増えるほど、同じ 1 辺での面積は増えます。

例:正方形の四隅を落として作る

正八角形は、正方形の四隅から直角二等辺三角形を切り落として作れます。

切り落とす三角形の脚を とすると、斜辺が 。これが正八角形の 1 辺 に等しいので になる。

正方形の 1 辺は

面積を引き算で出すと、公式と同じ形に落ちます。

辺が の正八角形の面積はどれですか。

__RESULT__

を入れると です。 のときの値になります。

をもう 1 回だけ折ってできる角です。折る回数が増えるぶん、根号も 1 段深くなる。

参考

Eric W. Weisstein. *Trigonometry Angles: Pi/8*. MathWorld, Wolfram Research.
Steven Butler. Notes from Trigonometry. Section 5.5, Trigonometric functions with some familiar triangles.
Right Triangle Trigonometry. Algebra and Trigonometry 2e, OpenStax.
Eric W. Weisstein. *Regular Octagon*. MathWorld, Wolfram Research.
tan22.5 度は 2 の平方根から 1 を引いた短い式ですが、sin と cos には二重根号が残ります。45 度の直角三角形で底辺を延ばし、斜辺と同じ長さの点をとると外角 45 度が二等分され、辺が 1、1 + 2 の平方根、4 + 2 かける 2 の平方根 の平方根 という三角形ができる。ここから値がそのまま読めます。67.5 度は余角なので入れかわるだけ。正八角形は中心角 45 度を垂線が二等分するので、この角がそのまま計量に効いてきます。1 辺 a の面積が 2(1 + 2 の平方根)a の 2 乗になることを、正方形の四隅を落とす作り方から確かめました。