15
三三三三三三三三 θ 三三三三三三三三三三三三三 三三 1.、r,a,b 三三三三三三三三三三三三三三θ三 三三三三三三三三三三 三三三三(1) sin θ (2) cos θ (3) tanθ 三三三三三三 、r,a,b 三三三三三三三 三三三三三 2.2。 3. (1) π/3 (2)π/4 (3) π 三 三三三三三三三 、? 三三三三 三三 4. (1)(2) 三三三三三三三 三三三三 。、 (1) 三 三三三三三三三三三三三三三三三 、。 (2) 三(1) 三三三三三三三三三 三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三 、。 (2) cos( ) (1) sin( ) 三三 5. (1)(2) 三三三三三三三 三三三三 。、 sin( ) 三三三三三三三三三 三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三 、。 (2) sin( x+ π/2) (1) sin( x- π/2 ) x 1 -1 0 x 1 -1 0 x 1 -1 0 x 1 -1 0 b a sin ) 4 ( ) sin( ) 3 ( cos (2) sin (1) dx x dx ax ax dx d ax dx d 三三三三三三三 三三三三三三三三 三三三三三三三 三三三三三三 三三 三三三三三三三三 6. 三三三 a,b 三三三三 ( 三三1 三 -1 三三三三三三三三三三三三三三三 ()

三角関数演習問題

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r. b. θ. a. 1. 0. 0. 2π. 1. 1. 1. -1. 2π. 2π. 2π. -1. -1. -1. 0. 0. 信号理論 ( 金田) 1 演 -1. 三角関数演習問題. (答は別紙の解答用紙に記入する). [ 三角関数 ]. 1.右の図の直角三角形において、r,a,b は、   それぞれの辺の長さを表す。   また、 θ は r と a の辺のなす角度を表す。   このとき、 (1) sin θ (2) cos θ (3) tanθ   を、r,a,b を用いて表せ。. 2.角度の単位を2つあげよ。. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 三角関数演習問題

三角関数演習問題

θ

rb

1.右の図の直角三角形において、r,a,b は、  それぞれの辺の長さを表す。  また、 θ は r と a の辺のなす角度を表す。  このとき、      (1) sin θ (2) cos θ (3) tanθ  を、r,a,b を用いて表せ。2.角度の単位を2つあげよ。

3. (1) π/3 (2)π/4 (3) π は、何度の角度か?

[ 三角関数 ]

4.次の (1)(2) のグラフを描け。ただし、 (1) は、可能な限りていねいに書くこと。    (2) は、 (1) との違いがわかれば、それほどていねいに書かなくてもでなくても良い。

(2) cos( x )  (1) sin( x )

5.次の (1)(2) のグラフを描け。ただし、 sin( x ) との違いがわかれば、それほどていねいに書かなくてもでなくても良い。

(2) sin( x+ π/2) 

(1) sin( x- π/2 )

x 2π

1

-1

0x

1

-1

0

x 2π

1

-1

0x

1

-1

0

b

asin )4()sin( )3(

cos (2)sin (1)

dxxdxax

axdx

dax

dx

d

サインの定積分サインの不定積分

コサインの微分サインの微分

積分6.三角関数の微分・

a,b は定数

信号理論( 金田)1 演 -1

(答は別紙の解答用紙に記入する)

Page 2: 三角関数演習問題

信号理論( 金田)

1 演 -2 解(1)

学年 学科 学 籍 番 号 氏 名

1 2(1) (2) (3)

/br /ar /ba °度、 、deg. など

ラジアン、rad. など

π 3.14は ・・・という量であって、単位ではない

3(1) (2) (3)

°60 °45 °180

5.(2) sin( x+ π/2) 

(1) sin( x- π/2 )

x 2π

1

-1

0x

1

-1

0

(2) cos( x )  (1) sin( x )

x 2π

1

-1

0x

1

-1

0

4.

(1) (2) (3)

a cos(ax)・ - a sin(ax)・ - (1/ a) cos(ax) + C・

cos(a) - cos(b)

(4)

三角関数演習 解答用紙

波形は次ページ

Page 3: 三角関数演習問題

学年 学科 学 籍 番 号 氏 名

三角関数演習 解答用紙

x 2π π

(2) cos( x )  

(1) sin( x )

x 2 π π

-1

x 2 π π

-1

×

4.

2 π で1周期

半円の繰り返しではダメ

5. (1) sin( x -π/2 )

x 2 π π

-1

= -cos( x )  sin( x ) が右に π/2 移動

参考: sin( x )

x 2 π π

-1

π/2

0

関数 f ( x -τ) は、 → 元の波形が、 ( ) 内がゼロとなるxに移動する → 左の式では、 sin 波形の開始点が   x= π/2 の点に移動する

0

sin( x ) が左に π/2 移動

x 2π π

(2) sin( x+ π/2 )  

= cos( x )  

π/2

0

信号理論( 金田)

1 演 -2 解(2)

Page 4: 三角関数演習問題

信号理論( 金田)1 演 -3

複素数演習

1.以下の計算をして、答を 実数+虚数 (a+jb)の形で表せ。 

(1) ( 2 +j 3 )+( 1 +j 2 )

(2) ( j ) × ( j )

(3) ( 4 +j ) × ( 3 -j 3 )

(4) ( j ) 6

(5) ( 1 ) ÷ ( j )

(6) ( j ) -3

2.以下の複素数を、実数+虚数 (a+jb)の形で表せ。  ただし、 sin45° = cos45° = 0.7 として計算せよ。 

(1) e j 90°

(2) 2e j 45°

(3) 4e -j 315°

3.次の複素数を、複素指数関数(極座標表示) r e j θ の形  で表せ。 (ただし、 θ は「度」で表せ。また√ 2 = 1.4 とせよ) 

(1) ( 1 )

(2) ( j )

(3) ( 1 -j )

(4) ( -1 +j )

 

(1) 2e j 25°× 4e -j 315°

(2) 2e j 25°÷ 4e -j 315°

4.次の複素数の計算をせよ (答えは複素指数関数)

5.次の複素数 z の絶対値(大きさ) | z | を計算せよ

 z= 3 +j 4

答えだけでなく途中式も書くこと 

Page 5: 三角関数演習問題

信号理論( 金田)

1 演 -3 解

複素数演習

1.以下の計算をして、答を 実数+虚数 (a+jb)の形で表せ。 

(1) ( 2 +j 3 )+( 1 +j 2 )= 3 + j 5

(2) ( j ) × ( j ) = -1

(3) ( 4 +j ) × ( 3 -j 3 ) = 12 - j 12 + j 3 + 3 = 15 - j 9

(4) ( j ) 6 = (( j 2 )3 ) = (( -1 )3 ) = -1

(5) ( 1 ) ÷ ( j ) = 1 / j (分母分子に j をかけると)          = j / ( j × j ) = j / (-1) = - j

(6) ( j ) -3 = 1 / ( j ) 3 = 1 / ( - j ) = ( j ) / ( - j × j ) = j

2.以下の複素数を、実数+虚数 (a+jb)の形で表せ。  ただし、 sin45° = cos45° = 0.7 として計算せよ。 

(1) e j 90° = cos 90° +j sin 90° = j

(2) 2e j 45° = 2 ( cos 45° +j sin 45°)  = 2 ( √2/2 + j √ 2/2 ) = √ 2 + j √ 2 = 1.4 + j 1.4

(3) 4e -j 315°

  = 4 ( cos (-315°) +j sin (-315°))  = 4 ( √2/2 + j √ 2/2 ) = 2√2 + j 2√2 = 2.8 + j 2.8

注: - 315 + 360 = 45 なので、 -315° と 45° は同じ角を表す。

3.次の複素数を、複素指数関数(極座標表示) r e j θ の形  で表せ。 (ただし、 θ は「度」で表せ。また√ 2 = 1.4 とせよ) 

(1) ( 1 ) = 1+j 0 なので、a= 1 、b= 0 に相当    よって、A= 1 、 θ =tan -1(0) = 0°   よって e j 0°

(2) ( j )= 0 +j 1 なので、a= 0 、b= 1 に相当    よって、A= 1 、 θ =tan -1(1/0) = 90°   よって e j 90°

(3) ( 1 -j ) = 1 +j (-1) なので、a= 1 、b= -1 に相当  よって、A=√ 2 = 1.4 、 θ =tan -1(-1) = -45°  よって 1.4 e - j 45°

(4) ( -1 +j )= (-1) +j (1) なので、a= -1 、b= 1 に相当  よって、A=√ 2 = 1.4 、 θ =tan -1(-1) = -45°  ただし、a < 0 であるので、 θ に + 180° する  よって 1.4 e j 135°

(1) 2e j 25°× 4e -j 315°

    = (2×4) e j (25-315)° = 8 e- j 290° (= 8 e j

70° )

(2) 2e j 25°÷ 4e -j 315°

    = (2/4) e j (25-(-315) )° = 0.5 e j 340° (= 0.5 e- j 20° )

4.次の複素数の計算をせよ (答えは複素指数関数)

5.次の複素数 z の絶対値(大きさ) | z | を計算せよ z= 3 +j 4

【参考】 ( a+j b ) と、その複素共役 ( a - j b ) との積は        ( a+j b ) × ( a - j b ) = a 2 +b 2    と、簡単に計算できる。 (答は実数となるので、   複素数の分母の実数化に利用される)

【重要 】 な オイラーの公式 ( 必ず覚えておくこと!)   e j θ = cos θ + j sin θを利用する。

◇ 複素数 a+ j b から 複素指数関数 A e j θ への変換A = √(a2+b2 )    θ =tan -1( b/a )

  ☆ただし、電卓などの計算結果では、     θ は -90° < θ< 90° の範囲で得られる    ので 、a < 0 のときは、 θ に ±180° する   θ の値が複素平面上で妥当なことを確認する

指数関数の積と商

( 積 )  A1 e j θ1 ・A2 e j θ2

        = A1・A2・e j ( θ1 + θ2 )

( 商 )  A1 e j θ1 /A2 e j θ2

        = ( A1 /A2 ) ・e j ( θ1 - θ2 )

注: 実数の場合と同じ結果です

| z | =√ 3 2+ 4 2=√ 9 + 16 = 5

 ☆ 複素数の知識が不十分な人は、

   「複素数のまとめ」 が、ホームページ      http://www.asp.c.dendai.ac.jp/  の   [授業]→[信号理論] にあるので、   再度勉強しておいてください

第1回演習解答

 複素数の絶対値(大きさ)は、 (実数部の2乗)+(虚数部の2乗)の平方根なので、

Page 6: 三角関数演習問題

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

[ sin 関数の形の理解 ]下記の表の空欄に,適切な文字式と数字を記入せよ。その結果を使って下記のグラフ y= sin( x )

を完成させよ。

信号理論( 金田)1宿 -1

度 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180°

ラジアン 0 π / 6 π / 3 π / 2 2π / 3

分数 0 1/ 2 √ 3/ 2 1 √ 3/ 2

小数 0 0.5 0.87 1 0.87

度 210° 240° 270° 300° 330° 360°

ラジアン

分数

小数

sin( )x

変数x

sin( )x

変数x

)cos()sin( xxdx

d

◇ 関数の傾きは微分によって与えられる。  sin (x) の微分は,

であるので, 例えば、 x=0 での sin(x) の傾きは, cos(0) = 1 である。

0 2

1

6

1

6

2 6

4

x =π/2 では,傾きは 0 。 x= 3π/2 でも同じ

x = 0 では,傾きは 1 x= π では、傾きは -1x= 2π では ,傾きは 1

yy = x の直線x= π/2 で,y = π/2 =1.6

2

sin(x) = 0 となる点をはさんで,sin(x) = ±0.5 までの範囲で,ほぼ y=x の直線と一致する

学年 学科 学 籍 番 号 氏 名

Page 7: 三角関数演習問題

1.以下の文の ( ) をうめよ。

 ・ 時間 t を変数とした関数の図は,「波形」と呼ぶ。

 ・ 上記の sin( 2πf t ) の波形は,時間 T,または,f を使って表すと ①(      ) ごと

に同じ波形をくり返す。

   この f を ②(       ) と呼び, T を ③(       ) と呼ぶ。

 ・ 1秒間に同じ波形が ④(    )回繰り返される。

 ・ ω = 2πf  を使って, sin( ω t ) とも表される。 この ω を ⑤(        ) と呼ぶ。

 ・ sin( 2πf t + θ) と表されるとき, θ は t= 0 の時の( )の中の値であるが,この θ を ⑥

(       ) と呼ぶ。

時間を変数としたサイン(またはコサイン)関数は,正弦波と呼ばれる。

[ 正弦波 ]

t 0 1/ (4 )f2π f t 0 π / 2 π 3π / 2 2π 5π / 2 3π 7π / 2 4π

sin(2π f t) 0 1

2. sin( 2πf t ) は,t の値が 0 から増加するに伴って ( )の中の値が増加し, 例えば,t の値が 1/(4 f )  となると, 2πf t の値は π/2 となるので, sin( 2πf t ) = 1

となる。 同様の考えで,t がどのような値をとると sin( 2πf t ) がどのような値をとるか,を示している以下の表の 空欄をうめよ。

3.以下の式で表される波形を描け。

t

① sin(2πf t - π/2) ② 2 ・ sin(4πf t)

t

信号理論( 金田)1宿 -2

)2(sin tf

f

1

f

2

T

時間

0

f

1

f

10 0

1 1

Page 8: 三角関数演習問題

時間を変数としたサイン(またはコサイン)関数は,正弦波と呼ばれる。

[ 正弦波 ]

2. sin( 2πf t ) は,t の値が 0 から増加するに伴って ( )の中の値が増加し, 例えば,t の値が 1/(4 f )  となると, 2πf t の値は π/2 となるので, sin( 2πf t ) = 1

となる。 同様の考えで,t がどのような値をとると sin( 2πf t ) がどのような値をとるか,を示している以下の表の 空欄をうめよ。

3.以下の式で表される波形を描け。

信号理論( 金田)

1宿 -2 解

)2(sin tf

f

1

f

2

T

時間

0

1.以下の文の ( ) をうめよ。

 ・ 時間 t を変数とした関数の図は,波形と呼ぶ。                T

 ・ 上記の sin( 2πf t ) の波形は,時間 T,または,f を使って表すと ①(  1 /f ) 

ごと

   に同じ波形をくり返す。 この f を ②( 周波数 ) と呼び, T を ③( 周期 ) と

呼ぶ。

 ・ 1秒間に同じ波形が ④( f )回繰り返される。

 ・ ω = 2πf  を使って, sin( ω t ) とも表される。 この ω を ⑤( 角周波数 ) と呼

ぶ。

 ・ sin( 2πf t + θ) と表されるとき, θ は t= 0 の時の( )の中の値であるが,この θ

  ⑥( 位相 ) と呼ぶ。

t 0 1/ (4 )f2/ (4 )f3/ (4 )f4/ (4 )f5/ (4 )f6/ (4 )f7/ (4 )f8/ (4 )f2π f t 0 π / 2 π 3π / 2 2π 5π / 2 3π 7π / 2 4π

sin(2π f t) 0 1 0 - 1 0 1 0 - 1 0

t = 1/ f = T で, 2π f t =2π だから1/ f = T は周期になる

① sin(2πf t - π/2) ② 2 ・ sin(4πf t)= 2 ・ sin(2π(2f) t)

周期

周波数 2倍 ⇒ 周期は 1/2

振幅は 2倍

1/f

sin(2πf t) が 1/4 周期右に移動 ・ π/2 → 1/4 周期 ・ 2πf t -π/2 = 0  → t= 1/(4 f )  

tf

1

f

100

1/(4f)

Page 9: 三角関数演習問題

[ パラメータ ]

0

例1) 直線のパラメータ

   直線の式:

パラメータは2つ。 a と b

 b: 切片 (x= 0 における y の値 ) a: 直線の傾き。 x が 0 から 1 に増えたときの   y の増加量

2つのパラメータ a と b の値がわかれば,直線が描ける。

※ 直線は,2点を定めれば描ける,ということと等価   (x,y) が ( 0 ,b), ( 1 ,a+b) の2点  

bxay b

1

bxay

例2) 2次曲線のパラメータ

   2次曲線の式: cxbxay 2

パラメータは3つ。 a と b と c2つのパラメータ a と b の値がわかれば, 2次曲線が描ける。

◇ 別の3つのパラメータもある

)()( xxay

a と α と β の3つ

ただし, α と β は,の解

02 cxbxa

0

信号理論( 金田)2説 -1

Page 10: 三角関数演習問題

[ 関数の平行移動 ( 1/2) ]

f(t)

f(t- τ )

τ0 0

τf(t- τ ) は、f(t) を

右側に「 τ 」移動したもの

・ 信号 f(t) は、t = 0 の時 、 値 f( 0 ) となる。(図1) ・ 信号 f(t- τ ) は、t = τ の時 (t = τ を代入すると)、   ( )の中は 0 となり,値 f( 0 ) となる。(図2)

・ したがって、f(t- τ ) は、f(t) を 「右側に τ 」 移動したものである。

τ(タウ)

f( 0) f( 0)

図1 図2

信号理論( 金田)2説 -2

f(t + τ ) は、f(t) を左側に「 τ 」移動したもの

・ 同様に,f(t + τ ) は、t =- τ で、 f(t) が t= 0 の時の値をとるので,

 f(t) を 「左側に τ 」 移動したものとなる。

f(t)

f(t + τ )

-τ0 0

τ

f( 0) f( 0)

図3 図4

Page 11: 三角関数演習問題

[ 関数の平行移動 ( 2/2) ]

① sin( x )  と  sin( x - π/2)

x

2ππ

x2ππ

π/2

sin( x)

sin( x - π/2)

② sin( ω t )  と  sin( ω t - π/2)

2π/ω= 1/ f

π/ω

2π/ω= 1/ f

π/ω

sin(ωt )

・ 右に π/(2ω) 移動・ t = π/(2ω) で, ( ) の中が 0 になり、 sin (0) の値を取るから

π/(2ω)

・ 横軸の値に注意・ t が, 2π/ω (= 1/ f = T ) になったとき sin の ( ) の中は 2π になる。 → 2π/ω (= 1/ f = T )  が1周期

③ sin( ω t )  と  sin( ω( t - τ) )

x t

τ

sin( ω t )

・ 右に τ 移動・ t = τ で, ( ) の中が 0 になり、 sin (0) の値を取るから

信号理論( 金田)2説 -3

・ 右に π/2 移動・ x= π/2 で, ( ) の中が 0 になり、 sin (0) の値を取るから

sin( ω t - π/2)

sin(ω( t - τ) )

Page 12: 三角関数演習問題

信号理論( 金田)2 演 -1

学年 学科 学 籍 番 号 氏 名

2.以下の2つの正弦波形について,  波形 (a)(b) を, A ・ sin( 2π f t + θ) として表すとき,f, A , θ を求めよ。

     波形 (a) : f =      ,  A =    ,  θ =

     波形 (b) : f =      ,  A =    ,  θ =      

波形 (a)

-1

1 (秒)

-1

0.51/6

1 (秒)

波形 (b)

1. 正弦波の表現を2種類示せ

( 続きは 裏面 )

[ 正弦波の表現1と表現2 ]

Page 13: 三角関数演習問題

※ 質問事項(本日の授業でわかりにくかったこと)、   および、この授業に対する感想・意見・要望などあれば、記入してください。  

3.次の正弦波の表現1: A ・ sin( 2π f t + θ)  を、表現2: a ・ cos(2π f t ) + b ・sin(2π f t )  に変更せよ

(1) sin( 2π f t + π/2) →

(2) sin( 2π f t + π/6) →

(3) 2 ・ sin( 2π f t - π/3) →

信号理論( 金田)2 演 -2

Page 14: 三角関数演習問題

信号理論( 金田)2宿 -1

学年 学科 学 籍 番 号 氏 名

問1.次の周波数の正弦波の式を示して、グラフを描け。ただし、すべて、振幅は1、位相は 0 とせよ。  [ この問題は基本的な問題なので、必ず、理解して解けるようにしておくこと]

(1) 周波数が 100Hz の正弦波

1

-1

0 5 10ms

時間 t

横軸は時間軸で、1目盛が 1ms (ミリ秒)

(式)

(2) 周波数が 500Hz の正弦波

1

-1

0 5 10ms

時間 t

(式)

問2.正弦波は、  表現1: 振幅Aと位相 θ を使った表現  表現2: cos と sin の和を使った表現で表すことができる。次の表現2から表現1を求めよ。

(1) cos( 2π f t) + sin( 2π f t)

(2) √3 cos(・ 2π f t) + sin( 2π f t)

Page 15: 三角関数演習問題

0 0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20.220.240.260.280.30.320.340.360.380.40.420.440.460.480.50.520.540.560.580.60.620.640.660.680.70.720.740.760.780.80.820.840.860.880.90.920.940.960.98 1-2

-1.9

-1.8

-1.7

-1.6

-1.5

-1.4

-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

信号理論( 金田)2宿 -2

問3.

このことを作図により確かめる。下のグラフは cos ( 2π f t ) と sin (2π f t ) を表している(f= 1 の場合) 。これより、 cos ( 2π f t ) + sin (2π f t ) のグラフを作図せよ。(あまり、ていねい・厳密にやる必要は無い。おおまかな形がわかればよい)

※ 各時間において、縦方向に2つのグラフの値を加算した値の点を記入して、それをつなげばよい。※ 描いたグラフと、問2 (1) の計算結果を比較せよ。同じ結果になっているか?

同じ周波数の、2つの正弦波の和は、1つの正弦波になる

時間t0

sin( 2π f t )

cos ( 2πf t )

問4. 複素数 z =a+ j b (ただし、a、b は実数) と、その共役複素数 z * の和と差、 z+z *  と  z-z *     を、a、b を使って表せ。