삼각함수와 미적분 기초 · 사인과 코사인

사인과 코사인

sin θ와 cos θ는 단위원에서 각도 θ에 있는 점의 높이와 가로 위치입니다. θ에 따라 그리면 두 파동이 되며, 코사인파는 사분의 일 바퀴 앞선 사인파입니다.

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이 시각화에서 살펴보는 사인과 코사인

양의 x축에서 라디안으로 잰 각도 θ\theta에 대해 단위원 위의 점은 P=(cos⁡θ,sin⁡θ)P = (\cos\theta, \sin\theta)입니다. 코사인은 가로 위치, 사인은 높이입니다. 라디안 각도는 단위원의 호 길이이므로 θ는 (1, 0)에서 이동한 호의 길이이기도 합니다. 두 함수는 한 바퀴 뒤에 반복되며 주기는 2π2\pi입니다. 이 페이지는 한 바퀴 0≤θ≤2π0 \le \theta \le 2\pi를 따라갑니다.

사분의 일 바퀴와 기울기
cos⁡θ=sin⁡ ⁣(θ+π2),ddθsin⁡θ=cos⁡θ\cos\theta = \sin\!\left(\theta + \tfrac{\pi}{2}\right), \qquad \frac{d}{d\theta}\sin\theta = \cos\theta

세 부분은 같은 길이 단위를 공유합니다. P의 높이를 옆으로 옮기면 θ가 오른쪽으로 증가하는 사인파가 그려집니다. 가로 위치를 아래로 옮기면 θ가 아래로 증가하며 드리워진 코사인파가 그려집니다. (1, 0)에서 P까지 노란 호의 길이는 θ이며, 같은 노란 길이가 두 θ축에도 놓입니다. 한 바퀴를 펼치면 반지름의 2π ≈ 6.283배입니다. 가로로는 아래로 드리운 그래프를 중심 주위로 사분의 일 바퀴 돌립니다. 이 회전은 그래프의 각 점을 위치 θ, 높이 cos θ로 보내고, P를 사분의 일 바퀴 앞선 Q로 보냅니다. Q의 높이는 P의 가로 위치이므로 코사인파는 π/2\pi/2만큼 앞쪽의 사인파와 높이가 같습니다. 즉 사인파를 왼쪽으로 π/2\pi/2만큼 옮긴 것입니다.

초당 1라디안으로 회전하는 P의 속도는 (−sin⁡θ,cos⁡θ)(-\sin\theta, \cos\theta)이며, 길이는 1이고 반지름에 수직입니다. 위쪽 성분 cos θ는 높이의 변화율이자 사인파의 기울기입니다. θ=0에서 1, θ=π에서 −1이며, 마루와 골에서는 0입니다. 회전은 π/6 s마다 빨간 표시를 남깁니다. 원 위의 표시는 등간격이지만, 높이가 천천히 변하는 위아래 끝에서 그림자가 모입니다.

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살펴볼 점

  • 빨간 표시는 회전의 같은 시간 간격을 기록합니다. 표본점이 아니며, 균일한 회전 이외에는 곡선의 모양과 연결하는 규칙이 없습니다.
  • 코사인을 가로로 놓는 것은 그래프 전체를 형태 그대로 회전하는 것입니다. 곡선은 변하지 않고 배치만 바뀝니다. 사인은 한 바퀴의 모든 θ에 대해 높이가 같은 짝이 화면에 남도록 2π를 지나 사분의 일 주기만큼 더 그립니다.
  • 특수각(π/6과 π/4의 배수)에서는 sin⁡(π/3)=3/2\sin(\pi/3) = \sqrt3/2처럼 정확한 값을 표시합니다. 나머지는 ≈를 붙인 소수입니다.
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조작 방법

  • 원 위의 P나 두 파동의 점을 드래그하세요. 특수각 근처에서는 맞춰 붙습니다. 각도는 0부터 2π까지 라디안(π/3 또는 1.0472 같은 소수는 소수 그대로 유지)이나 도(60°)로 입력할 수 있습니다.
  • 발표 모드는 프로젝터용 전체 화면을 엽니다. Space로 회전, ← →로 특수각 이동, H로 모든 값 숨기기. 공유는 마지막 회전의 표시까지 포함한 현재 화면의 링크를 복사합니다.
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