15°、22.5°、67.5°、75°の三角比

　$15°,75°$の三角比と$22.5°,67.5°$の三角比は同じ方法を利用して求めることができます。

$15°,75°$の三角比

　$∠BAC=30°,∠ABC=90°,$$AC=1$である直角三角形$ABC$を考えます。
この直角三角形$ABC$は3辺の比より$AB=\dfrac{\sqrt{3}}{2},BC=\dfrac{1}{2}$であることがわかります。

ここで、辺$AB$の$A$の側を延長し、延長上に$∠ADC=15°$となるように点$D$をとります。

$∠CAD=150°$なので

\begin{align*}∠ACD&=180°-(∠CAD+∠ADC)\\[0.5em]&=180°-(150°+15°)\\[0.5em]&=15°=∠ADC\end{align*}

となり、$△ACD$は$AC=AD=1$である二等辺三角形であることがわかります。

関連：二等辺三角形の特徴

　直角三角形$DBC$において$BC=\dfrac{1}{2},BD=AD+AB=1+\dfrac{\sqrt{3}}{2}$なので、辺$CD$の長さは三平方の定理より

\begin{align*}CD^2&=BC^2+BD^2\\[0.5em]&=\left(\frac{1}{2}\right)^2+\left(1+\frac{\sqrt{3}}{2}\right)^2\\[0.5em]&=\frac{1}{4}+1+\sqrt{3}+\frac{3}{4}\\[0.5em]&=2+\sqrt{3}\\[0.5em]&=\frac{4+2\sqrt{3}}{2}\\[1em]CD&=\sqrt{\frac{4+2\sqrt{3}}{2}}&(\because CD>0)\\[0.5em]&=\sqrt{\frac{(\sqrt{3}+1)^2}{2}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{3}+1}{\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}(\sqrt{3}+1)}{2}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}\end{align*}

と求まります。

　したがって、直角三角形による三角関数の定義に従って$15°$の三角比を求めると

\begin{align*}\sin15°&=\frac{BC}{CD}\\[0.5em]&=\frac{\cfrac{1}{2}}{\cfrac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}}\\[0.5em]&=\frac{1}{\sqrt{6}+\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{1}{\sqrt{6}+\sqrt{2}}\cdot\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{\sqrt{6}-\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}}\\[1em]\cos15°&=\frac{BD}{CD}\\[0.5em]&=\frac{1+\cfrac{\sqrt{3}}{2}}{\cfrac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{2}}\\[0.5em]&=\frac{2+\sqrt{3}}{\sqrt{6}+\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{2+\sqrt{3}}{\sqrt{6}+\sqrt{2}}\cdot\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{\sqrt{6}-\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4}}\\[1em]\tan15°&=\frac{BC}{BD}\\[0.5em]&=\frac{\cfrac{1}{2}}{1+\cfrac{\sqrt{3}}{2}}\\[0.5em]&=\frac{1}{2+\sqrt{3}}\\[0.5em]&=\frac{1}{2+\sqrt{3}}\cdot\frac{2-\sqrt{3}}{2-\sqrt{3}}\\[0.5em]&=\mathbf{2-\sqrt{3}}\end{align*}

となります。

また、$75°$の三角比は

\begin{align*}\sin75°&=\frac{BD}{CD}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4}}\\[1em]\cos15°&=\frac{BC}{CD}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}}\\[1em]\tan15°&=\frac{BD}{BC}\\[0.5em]&=\frac{1+\cfrac{\sqrt{3}}{2}}{\cfrac{1}{2}}\\[0.5em]&=\frac{2+\sqrt{3}}{1}\\[0.5em]&=\mathbf{2+\sqrt{3}}\end{align*}

となります。

関連：三角関数の読み方　①三角比の読み方

$22.5°$の三角比

　$∠BAC=45°,∠ABC=90°,$$AC=1$である直角三角形$ABC$を考えます。
この直角三角形$ABC$は$∠ACB=45°$、3辺の比より$AB=\dfrac{\sqrt{2}}{2},BC=\dfrac{\sqrt{2}}{2}$であることがわかります。

$15°$の三角比を求めたときと同様、辺$AB$の$A$の側を延長し、延長上に$∠ADC=22.5°$となるように点$D$をとります。

$∠CAD=135°$なので

\begin{align*}∠ACD&=180°-(∠CAD+∠ADC)\\[0.5em]&=180°-(135°+22.5°)\\[0.5em]&=22.5°=∠ADC\end{align*}

となり、$△ACD$は$AC=AD=1$である二等辺三角形であることがわかります。

　直角三角形$DBC$において$BC=\dfrac{\sqrt{2}}{2},BD=AD+AB=1+\dfrac{\sqrt{2}}{2}$なので、辺$CD$の長さは三平方の定理より

\begin{align*}CD^2&=BC^2+BD^2\\[0.5em]&=\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2+\left(1+\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2\\[0.5em]&=\frac{1}{2}+1+\sqrt{2}+\frac{1}{2}\\[0.5em]&=2+\sqrt{2}\\[1em]CD&=\sqrt{2+\sqrt{2}}&(\because CD>0)\end{align*}

と求まります。

　したがって、直角三角形による三角関数の定義に従って$22.5°$の三角比を求めると

\begin{align*}\sin22.5°&=\frac{BC}{CD}\\[0.5em]&=\frac{\cfrac{\sqrt{2}}{2}}{\sqrt{2+\sqrt{2}}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{2+\sqrt{2}}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{2+\sqrt{2}}}\cdot\frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{\sqrt{2+\sqrt{2}}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2(2+\sqrt{2})}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2(2+\sqrt{2})}\cdot\frac{2-\sqrt{2}}{2-\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}\sqrt{2+\sqrt{2}}\sqrt{\bigl(2-\sqrt{2}\bigr)^2}}{4}\\[0.5em]&=\frac{2\sqrt{2-\sqrt{2}}}{4}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{2-\sqrt{2}}}{2}}\\[1em]\cos22.5°&=\frac{BD}{CD}\\[0.5em]&=\frac{1+\cfrac{\sqrt{2}}{2}}{\sqrt{2+\sqrt{2}}}\\[0.5em]&=\frac{2+\sqrt{2}}{2\sqrt{2+\sqrt{2}}}\\[0.5em]&=\frac{\bigl(\sqrt{2+\sqrt{2}}\bigr)^2}{2\sqrt{2+\sqrt{2}}}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2}}\\[1em]\tan22.5°&=\frac{BC}{BD}\\[0.5em]&=\frac{\cfrac{\sqrt{2}}{2}}{1+\cfrac{\sqrt{2}}{2}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}}{2+\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{\sqrt{2}}{2+\sqrt{2}}\cdot\frac{2-\sqrt{2}}{2-\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{2\sqrt{2}-2}{2}\\[0.5em]&=\mathbf{\sqrt{2}-1}\end{align*}

となります。

また、$67.5°$の三角比は

\begin{align*}\sin67.5°&=\frac{BD}{CD}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{2+\sqrt{2}}}{2}}\\[1em]\cos67.5°&=\frac{BC}{CD}\\[0.5em]&=\mathbf{\frac{\sqrt{2-\sqrt{2}}}{2}}\\[1em]\tan67.5°&=\frac{BD}{BC}\\[0.5em]&=\frac{1+\cfrac{\sqrt{2}}{2}}{\cfrac{\sqrt{2}}{2}}\\[0.5em]&=\frac{2+\sqrt{2}}{\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{2+\sqrt{2}}{\sqrt{2}}\cdot\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}}\\[0.5em]&=\frac{2\sqrt{2}+2}{2}\\[0.5em]&=\mathbf{2+\sqrt{2}}\end{align*}

となります。

　それぞれの近似値は以下のようになります。

角度	$\sin$	$\cos$	$\tan$
$15°$	$0.25882$	$0.96593$	$0.26795$
$22.5°$	$0.38268$	$0.92388$	$0.41421$
$67.5°$	$0.92388$	$0.38268$	$2.4142$
$75°$	$0.96593$	$0.25882$	$3.7321$

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