正弦函數的級數表達

六個三角函數的值,其實都能從正弦函數值導出來。 在級數算法被發現之前,人們只能利用半角公式、三倍角公式和特殊角的正弦值, 去計算正弦函數的值。這套算法並沒有明顯的一般性, 還需要較高的幾何知識和計算技巧。 自從級數算法被發現之後,任意實數(廣義角)的正弦都可以代入以下公式算出來:



其中 3! 表示三階乘 (1*2*3),其餘類似符號亦同。 給定任何一個實數廣義角 x,有必要的話先換算成以弧長為單位的數值 (因為上述公式只有當 x 以弧長為單位的時候才對, 這也是為什麼高等數學都採用弧度量的原因之一), 然後利用週期性和各種對稱性,將 x 換成一個銳角角度 (也就是 ) 再代入上述公式。公式中有無窮多項,但是視需要只要算前幾項就夠了。 算得越多項,準確度月高(亦即,準確的數字個數越多)。 也就是「算之彌多,所失彌少」。

其實,不換算成銳角也沒關係,因為上述級數對所有的實數 x 都收斂。 只是換成銳角,收斂得比較快。舉例來說,若 或者 我們都知道 。 代入上述公式,按照計算的項數列出計算結果。
項數x=Pi/6x=13*Pi/6
1  0.52359877559829887309   6.806784082777885350
20.49967417939436382666 -45.755553777267411665
30.50000213258879249763 76.011171641737117915
40.49999999186902326183 -58.315819190391368945
50.50000000002027991922 28.124176922037344657
60.49999999999996434382 -8.284592690177836740
70.50000000000000004658 2.528884130281832047
80.49999999999999999997 0.143106247650824057
90.50000000000000000000 0.549498157116080743
100.50000000000000000000 0.494442380075787246
110.50000000000000000000 0.500515859371792834

如今的微積分課本,都是從泰勒展開來講上述公式。 其實,這個公式的年齡和微積分一樣老,可能在泰勒出生前就被發現了。 牛頓可能在三十歲以前就已經知道了。 只是當初發現的方法和過程不具有一般性, 用後來的泰勒展開來講,比較清楚。 總之,這個公式絕非泰勒的功勞。


Created: Oct 6, 1999
Last Revised: Jul 25, 2001
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