指数・対数・三角関数

三角関数の方程式

$\sin x=a$, $\cos x=a$, $\tan x=a$

指数・対数・三角関数の「三角関数の方程式」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「$\sin x=a$, $\cos x=a$, $\tan x=a$」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学Ⅱ 約13分 難易度 2 図つき

このページのまとめ

先に押さえておくこと

三角関数の方程式の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

図と式の対応や答えの条件を、先に短く確認できます。

  • テーマ: sin⁡x=a\sin x=a, cos⁡x=a\cos x=a, tan⁡x=a\tan x=a
  • ポイント: 指数・対数・三角関数の要点を、図と式を往復しながら確認しやすい記事です。
  • 次に読むなら: 関連ページ、またはアプリで類題演習

問題

0≦x<2π0 \leqq x < 2\pi のとき、次の方程式を解け。

(1)sin⁡x=12(1)\quad \sin x = \dfrac{1}{2}
(2)cos⁡x=−32(2)\quad \cos x = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}
(3)tan⁡x=1(3)\quad \tan x = 1

答えを見る

(1)  (1)\; x=π6, 5π6‾x = \underline{\dfrac{\pi}{6},\, \dfrac{5\pi}{6}}

(2)  (2)\; x=5π6, 7π6‾x = \underline{\dfrac{5\pi}{6},\, \dfrac{7\pi}{6}}

(3)  (3)\; x=π4, 5π4‾x = \underline{\dfrac{\pi}{4},\, \dfrac{5\pi}{4}}

解説

三角関数の方程式の解き方について解説します。

sin⁡x=12\sin x = \dfrac{1}{2} のような方程式はどうやって解けばいいですか?

三角関数の方程式を解くときは、単位円を使うのがポイントだよ!

単位円上で条件を満たす点を見つけて、その角度を求めるんだ。

(1)sin⁡x=12(1)\quad \sin x = \dfrac{1}{2} (0≦x<2π)\quad (0 \leqq x < 2\pi)

sin⁡x=12\sin x = \dfrac{1}{2} を解くには、単位円上で yy 座標が 12\dfrac{1}{2} になる点を探そう。

単位円上で y=12y = \dfrac{1}{2} となる点を考えます。

sin⁡x=12\sin x = \dfrac{1}{2} となる基本角は x=π6x = \dfrac{\pi}{6} です。

あれ、でも y=12y = \dfrac{1}{2} になる点は2つありますよね?

いい気づきだね!

単位円上で y=12y = \dfrac{1}{2} となる点は第1象限と第2象限に1つずつあるんだ。

第1象限では x=π6x = \dfrac{\pi}{6}、

第2象限では x=π−π6=5π6x = \pi - \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{5\pi}{6} となります。

P 30° √3/2 1/2 x y 1 -1 1 -1
θ=30∘\theta = 30^\circ
P(32,12)P\left(\frac{\sqrt{3}}{2}, \frac{1}{2}\right)
sin⁡θ=12\sin\theta = \frac{1}{2}
cos⁡θ=32\cos\theta = \frac{\sqrt{3}}{2}

x=π6x = \dfrac{\pi}{6}(30∘30^\circ)のとき

P 150° -√3/2 1/2 x y 1 -1 1 -1
θ=150∘\theta = 150^\circ
P(−32,12)P\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}, \frac{1}{2}\right)
sin⁡θ=12\sin\theta = \frac{1}{2}
cos⁡θ=−32\cos\theta = -\frac{\sqrt{3}}{2}

x=5π6x = \dfrac{5\pi}{6}(150∘150^\circ)のとき

よって、0≦x<2π0 \leqq x < 2\pi の範囲で

x=π6, 5π6‾x = \underline{\dfrac{\pi}{6},\, \dfrac{5\pi}{6}}

(2)cos⁡x=−32(2)\quad \cos x = -\dfrac{\sqrt{3}}{2} (0≦x<2π)\quad (0 \leqq x < 2\pi)

今度は cos⁡x\cos x の方程式だね。単位円上で xx 座標が −32-\dfrac{\sqrt{3}}{2} になる点を探そう。

cos⁡x=−32\cos x = -\dfrac{\sqrt{3}}{2} は cos⁡x\cos x が負なので、第2象限または第3象限に解があります。

cos⁡x=32\cos x = \dfrac{\sqrt{3}}{2} となる基本角は π6\dfrac{\pi}{6} なので、

基本角の π6\dfrac{\pi}{6} を使って、負になる象限の角度を求めればいいんですね!

その通り!第2象限では π−π6\pi - \dfrac{\pi}{6}、第3象限では π+π6\pi + \dfrac{\pi}{6} だよ。

第2象限:x=π−π6=5π6x = \pi - \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{5\pi}{6}

第3象限:x=π+π6=7π6x = \pi + \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{7\pi}{6}

P 150° -√3/2 1/2 x y 1 -1 1 -1
θ=150∘\theta = 150^\circ
P(−32,12)P\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}, \frac{1}{2}\right)
sin⁡θ=12\sin\theta = \frac{1}{2}
cos⁡θ=−32\cos\theta = -\frac{\sqrt{3}}{2}

x=5π6x = \dfrac{5\pi}{6}(150∘150^\circ)のとき

P 210° -√3/2 -1/2 x y 1 -1 1 -1
θ=210∘\theta = 210^\circ
P(−32,−12)P\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}, -\frac{1}{2}\right)
sin⁡θ=−12\sin\theta = -\frac{1}{2}
cos⁡θ=−32\cos\theta = -\frac{\sqrt{3}}{2}

x=7π6x = \dfrac{7\pi}{6}(210∘210^\circ)のとき

よって、x=5π6, 7π6‾x = \underline{\dfrac{5\pi}{6},\, \dfrac{7\pi}{6}}

(3)tan⁡x=1(3)\quad \tan x = 1 (0≦x<2π)\quad (0 \leqq x < 2\pi)

最後は tan⁡x\tan x の方程式だね。

tan⁡x=1\tan x = 1 は、原点を通る傾き 11 の直線と単位円の交点を考えるんだ。

tan⁡x=1\tan x = 1 となる基本角は x=π4x = \dfrac{\pi}{4} です。

tan⁡\tan の周期は π\pi だから、π4\dfrac{\pi}{4} に π\pi を足した角度も解になりますか?

完璧!tan⁡\tan は周期 π\pi で同じ値を取るから、π4+π=5π4\dfrac{\pi}{4} + \pi = \dfrac{5\pi}{4} も解になるね。

0≦x<2π0 \leqq x < 2\pi の範囲で tan⁡x=1\tan x = 1 を満たすのは、

x=π4x = \dfrac{\pi}{4} と x=π4+π=5π4x = \dfrac{\pi}{4} + \pi = \dfrac{5\pi}{4} の2つです。

P 45° √2/2 √2/2 x y 1 -1 1 -1
θ=45∘\theta = 45^\circ
P(22,22)P\left(\frac{\sqrt{2}}{2}, \frac{\sqrt{2}}{2}\right)
sin⁡θ=22\sin\theta = \frac{\sqrt{2}}{2}
cos⁡θ=22\cos\theta = \frac{\sqrt{2}}{2}
tan⁡θ=1\tan\theta = 1

x=π4x = \dfrac{\pi}{4}(45∘45^\circ)のとき

P 225° -√2/2 -√2/2 x y 1 -1 1 -1
θ=225∘\theta = 225^\circ
P(−22,−22)P\left(-\frac{\sqrt{2}}{2}, -\frac{\sqrt{2}}{2}\right)
sin⁡θ=−22\sin\theta = -\frac{\sqrt{2}}{2}
cos⁡θ=−22\cos\theta = -\frac{\sqrt{2}}{2}
tan⁡θ=1\tan\theta = 1

x=5π4x = \dfrac{5\pi}{4}(225∘225^\circ)のとき

よって、x=π4, 5π4‾x = \underline{\dfrac{\pi}{4},\, \dfrac{5\pi}{4}}

最後に、一般解についても触れておこう。

範囲の指定がない場合は、周期を使って一般解を書く必要があるよ。

なるほど!範囲が指定されているときはその範囲内の解を求めて、範囲がないときは一般解を書けばいいんですね。

その通り!単位円をイメージしながら解くことが大切だよ。

このページのまとめ

ここでは三角関数の方程式 sin⁡x=a\sin x = a, cos⁡x=a\cos x = a, tan⁡x=a\tan x = a の解き方について学習しました。

単位円を使って、条件を満たす角度を見つけることがポイントです。

sin⁡\sin, cos⁡\cos は周期 2π2\pi、tan⁡\tan は周期 π\pi であることを覚えておきましょう!

アプリで続ける

この問題の「よくある質問」や「解法の鍵」は、アプリで読めます。

この問題に関するよくある疑問への回答や、解法のポイントをまとめた「解法の鍵」はアプリに収録しています。 類題演習やAIへの質問もアプリから使えます。三角関数の方程式 に近い内容をそのまま続けられます。

よくある質問 解法の鍵 類題演習 AIに質問

ストアからダウンロードして、同じ単元の演習やAI質問をそのまま続けられます。