對任意銳角 θ,皆可畫如上圖的直角三角形,
1. x<r ⇒ 1/r < 1/x ⇒ y/r < y/x ⇒ sin θ < tan θ
所以 sin 37° < tan 37° 且 sin 57° < tan 57°
2. 在上圖中,若 x 不變,當角度 θ 變大時,顯然 y 也會跟著變大,亦即 tan θ=y/x 也會變大,
因此 tan 33° < tan57°
且利用 cos57°=sin33°,以及上面 1. 的結論 (sin33° < tan33°),
可以得到 cos57°=sin33° < tan 33° < tan57°,
故 cos57° < tan57°
3. 如果要一般化的話,我們來討論看看對於任意銳角 θ,何時 cos θ < tan θ 才會成立呢?
cos θ < tan θ
⇔ cos θ < (sin θ / cos θ)
⇔ (cos θ)^2 < sin θ
⇔ 1-(sinθ)^2 < sin θ
⇔ (sinθ)^2 + sin θ -1 > 0
⇔ sinθ > (-1 + √5)/2 或是 (-1 - √5)/2 > sinθ
因為 θ 為銳角,所以 sin θ > 0 恆成立,所以此時等價於 sinθ > (-1 + √5)/2
如果 α=arcsin{ (-1 + √5)/2 } 的話,
α看起來不像是特殊角(如果可以用特殊角拼湊出來的話,歡迎告知,感激!)
因為當 θ=36° 時,利用 cos 18°=(-1 + √5)/4,
可以求得 sin 36° ={√(10 -2 √5)}/4 < (-1 + √5)/2
因為當 θ=45° 時,利用 cos 18°=(-1 + √5)/4,
可以求得 sin 45° =(√2)/2 > (-1 + √5)/2
所以,α應該是一個介在 36°~45°之間的角度。
若 θ>α,則 cos θ < tan θ,
若 θ<α,則 cos θ > tan θ。
( 實際查表的結果是 α≒38.1727° )。
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