什么是毕达哥拉斯恒等式?
毕达哥拉斯恒等式 \(\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1\) 是三角学中最基本的关系式。它直接源自单位圆:角 θ 对应的点坐标为 (cos θ, sin θ),而这个点位于半径为 1 的圆上,由勾股定理便可得到 \(\cos^2\theta + \sin^2\theta = 1\)。使用本计算器,你只需输入 sin θ 并选择象限,即可立刻求出 cos θ,同时验证恒等式是否成立。
如何使用本计算器
输入一个介于 −1 与 1 之间的 sin θ 值,然后选择 cos θ 是正值(角位于第一或第四象限)还是负值(第二或第三象限)。计算器会算出 \(\cos\theta = \pm\sqrt{1 - \sin^2\theta}\),给出 sin²θ 与 cos²θ 的值,并验证两者之和正好等于 1。
公式详解
将恒等式变形可得 \(\cos^2\theta = 1 - \sin^2\theta\),于是 $$\cos\theta = \pm\sqrt{1 - \sin^2\theta}$$ 仅凭平方根只能得到大小(绝对值),正负号则取决于角所在的象限——因为在单位圆右半部分余弦为正,左半部分余弦为负。这正是为什么选择象限如此关键。
实例演算
假设 sin θ = 0.6 且 θ 在第一象限。那么 \(\sin^2\theta = 0.36\),于是 \(\cos^2\theta = 1 - 0.36 = 0.64\), $$\cos\theta = +\sqrt{0.64} = 0.8$$ 验证:\(0.36 + 0.64 = 1\) ✓。这正是经典的 3-4-5 直角三角形比例(0.6、0.8、1)。
常见问题
为什么 cos θ 会有两个可能的答案? 因为平方运算会丢失符号信息。对于任意 sin θ 值(±1 除外),都有两个角与之对应——一个余弦为正,一个余弦为负,但它们的正弦相同。
如果输入 sin θ = 1 会怎样? 此时 \(\cos^2\theta = 0\),所以无论选择哪个符号,cos θ = 0。这对应于 θ = 90°。
这个恒等式适用于任何单位吗? 是的——该恒等式只涉及 sin θ 与 cos θ 的数值,因此无论用角度还是弧度都成立。