单位圆
在数学中,单位圆(英语:Unit circle)是指半径为单位长度的圆,通常为欧几里得平面直角坐标系中圆心为、半径为1的圆。单位圆对于三角函数和复数的坐标化表示有着重要意义。单位圆通常表示为S1。多维空间中,单位圆可推广为单位球。
如果单位圆上的点位于第一象限,那么与是斜边长度为1的直角三角形的两条边,根据勾股定理,与满足方程:
由于对于所有的来说,并且所有这些点相对于x轴或者y轴的反射点也都位于单位圆上,因此单位圆上的所有点都满足上面的方程。
单位圆与三角函数
事实上,不仅仅是正弦与余弦,而且所有六个标准三角函数—正弦(sin)、余弦(cos)、正切(tan)、余切(cot)、正割(sec)、余割(csc)以及不常用正矢(versin)与外正割(exsec)—都可以在单位圆表示出来。
在直角三角形中,正弦、余弦以及其它三角函数只有当角度大于0且小于 时才有意义。但是,在单位圆上,对于任意的实数角度,这些函数都有直观的意义。
- 正弦函数与余弦函数可以用如下方法定义。
设 是单位圆上的一个点。设角 的起始边为x轴的正方向,角度按照逆时针方向测量。那么角t的终边和单位圆会有一个交点。因此:
另外,从 可以得到
从这里还可以直观地看出正弦函数与余弦函数都是周期函数,对于任意的整数 有恒等式
这些恒等式的依据是在角度 增加任意圈数或者减小任意圈数的时候x与y坐标保持不变。一圈 弧度。
复数的圆群
复数也可以用欧几里得平面内的点来表示, 表示为 。在这种表示下,单位圆是不断增加的群,在数学以及科学领域这个群有很重要的应用。