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【三角関数】三角関数のグラフの特徴と描き方

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\(\sin\theta\) のグラフ
\(\cos\theta\) のグラフ
\(y=\tan\theta\)

\(y=\sin\theta\) のグラフ

\(y\) の範囲:\(-1\leq y\leq 1\)
周期:\(2\pi\)

\(y=\cos\theta\) のグラフ

\(y\) の範囲:\(-1\leq y\leq 1\)
周期:\(2\pi\)

\(y=\tan\theta\) のグラフ

周期:\(\pi\)

目次

三角関数のグラフの特徴と描き方

グラフを学ぶ 2 ステップ

① 値を入れてみる。
 \(\theta=0\), \(\frac{\pi}{4}\), \(\frac{\pi}{2}\), \(\pi\), \(\frac{3}{2}\pi\), \(2\pi\) を順番に代入し \(y\) の値を求める。

② グラフの概形を覚える。
 実際に問題を解く際は、①のように値を代入していては時間が足りないのである程度形の理解が進んだら概形を覚えてしまいましょう!

\(y=\sin\theta\) のグラフ

\(y\) の値の範囲:\(-1\leq y\leq 1\), 周期:\(2\pi\)

以下の点をグラフ上に打って点をつなげてグラフを描いてみよう!

\(\theta=0\) のとき \(y=0\)
\(\theta=\frac{\pi}{4}\) のとき \(y=\frac{1}{\sqrt{2}}\)
\(\theta=\frac{\pi}{2}\) のとき \(y=1\)
\(\theta=\pi\) のとき \(y=0\)
\(\theta=\frac{3}{2}\pi\) のとき \(y=-1\)
\(\theta=2\pi\) のとき \(y=0\)

\(y=\cos\theta\) のグラフ

\(y\) の範囲:\(-1\leq y\leq 1\), 周期:\(2\pi\)

以下の点をグラフ上に打って点をつなげてグラフを描いてみよう!

\(\theta=0\) のとき \(y=1\)
\(\theta=\frac{\pi}{4}\) のとき \(y=\frac{1}{\sqrt{2}}\)
\(\theta=\frac{\pi}{2}\) のとき \(y=0\)
\(\theta=\pi\) のとき \(y=-1\)
\(\theta=\frac{3}{2}\pi\) のとき \(y=0\)
\(\theta=2\pi\) のとき \(y=1\)

\(y=\tan\theta\) のグラフ

周期:\(\pi\)

以下の点をグラフ上に打って点をつなげてグラフを描いてみよう!

\(\theta=0\) のとき \(y=0\)
\(\theta=\frac{\pi}{4}\) のとき \(y=1\)
\(\theta=\frac{\pi}{2}\) のとき値なし
\(\theta=\pi\) のとき \(y=0\)
\(\theta=\frac{3}{2}\pi\) のとき値なし
\(\theta=2\pi\) のとき \(y=0\)

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三角関数のグラフの応用

\(\sin\theta\) のグラフがどう変化するのかを意識しながら見ていってください!

※ \(\cos\theta\) のグラフも同様に考えることができます。

\(y=2\sin\theta\) のグラフ

変更点:\(-1\leq \theta\leq 1\) \(\longrightarrow\) \(-2\leq \theta\leq 2\)

横軸の値は変わらず、縦軸の値がすべて \(2\) 倍されていますね!

\(y=\sin\theta+1\) のグラフ

変更点:\(-1\leq \theta\leq 1\) \(\longrightarrow\) \(0\leq \theta\leq 2\)

\(y=\sin2\theta\) と同様で、横軸の値は変わらず、縦軸の値がすべて \(+1\) されていますね!

\(y=\sin(\theta-\frac{\pi}{4})\) のグラフ

変更点:右に\(\frac{\pi}{4}\) ずれる。

\(\sin(\theta-\frac{\pi}{4})\) って、マイナスなのに、右にずれるの?

y=\(\sin\theta\) と y=\(\sin(\theta-\frac{\pi}{4})\) それぞれが \(y=0\) になるときの \(\theta\) がいくつになるかを考えればいいよ!

\(0=\sin\theta\) のとき \(\theta=0\)

\(0=\sin(\theta-\frac{\pi}{4})\) のとき \(\theta=\frac{\pi}{4}\) となるので、グラフは \(\theta=\frac{\pi}{4}\) からスタートする。

\(y=\sin2\theta\) のグラフ

変更点:周期 \(2\pi\) \(\longrightarrow\) \(\pi\)

\(y=\sin(\theta-\frac{\pi}{4})\) のときと同様で、 \(\theta\) に具体的に値を入れてみるとグラフの変化がわかりやすいと思います!

三角関数のグラフの例題

(問題)

関数 \(2\sin\big(\displaystyle\frac{\theta}{2}-\frac{\pi}{4}\big)\) のグラフをかけ。またその周期を求めよ。

(解説)

STEP ① \(y=\sin\big(\displaystyle\frac{\theta}{2}\big)\) のグラフを描く

周期が \(2\) 倍

STEP ② \(y=2\sin\big(\displaystyle\frac{\theta}{2}\big)\) のグラフを描く

\(y\) 軸方向に \(2\) 倍

STEP ② \(y=2\sin\big(\displaystyle\frac{\theta}{2}-\frac{\pi}{4}\big)\) のグラフを描く

慣れるまでは一発で綺麗なグラフを描くのは至難の業です。基本となるグラフを点線にしたり描き直したりしながら最初は時間をかけて綺麗なグラフを描くことを意識しましょう!

おわりに

さいごまで記事を読んでいただきありがとうございました!

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