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【初心者向け】「円そのもの」の近似から派生した角度と経度の概念の起源

Last updated at Posted at 2020-03-07

コンピューターなどが稼働する加算直積可能世界(Countable and Productable Sets)は、残念ながら「辺長が無限小(1/Inf)で辺数が無限大(Inf)」と定義される円そのもの(Circle itself)を直接は扱えません。それで概念上、必要にして十分なだけの辺数(NoS=Number of Sides)を備えた正多辺形(Regular PolySides)を用意し、これを代替操作対象としてきたのです。例えば、その起源がシュメール文明(紀元前3500年〜紀元前2350年頃)まで遡るとされる60進法に由来する60角形…

正多角形による円の近似

20191028123539.gif

#CVCM=等速円運動(Constant Velocity Circular Motion)
#Radian=角度(60分割)
CVCM<-function(Radian){
c0<-seq(0,2*pi,length=60)
cx<-cos(c0)
cy<-sin(c0)
plot(cx,cy,asp=1,type="l",col=rgb(0,1,0),main="Constant Velocity Circular Motion",xlab="cos(θ)",ylab="sin(θ)")

#塗りつぶし(円)
polygon(cx, #x
cy, #y
density=c(30), #塗りつぶす濃度
angle=c(45),     #塗りつぶす斜線の角度
col=c(200,200,200))  #塗りつぶす色
text(cx[Radian],cy[Radian],"%",col=rgb(1,0,0))

segments(cx[Radian],cy[Radian],0,0,col=rgb(1,0,0))

#凡例
legend("bottomright", legend=c("side=2π/1τ","radius=1"), lty=c(1,1), col=c(rgb(0,1,0),rgb(1,0,0))) 
}
#アニメーション
library("animation")
Time_Code=seq(1,59, length=30)
saveGIF({
for (i in Time_Code){
 CVCM(i)
}
}, interval = 0.1, movie.name = "CVCM01.gif")

とりあえずこうした考え方を近似円概念(Approximate Circle Concept)と呼ぶ事にします。見掛けはほとんど円そのもの。しかも「必要にして十分なだけの辺数を備えた正多辺形への代替」に成功した副産物として角度の概念の導入が可能となるのです。

角度概念の起源

そもそも「円そのもの」の各頂点は中心からの垂線(Perpendicular)と直角に交わるとされているので、それぞれを含む水平線(Horizon)も引ける訳です。近似円概念直交座標系Rectangular Coordinate System / Orthogonal Coordinate System)に射影(Projiection)する際の基本ですね。例えば半径1の単位円を原点(0,0)に射影する場合は以下となります。

  1. 円の上端の座標=(0,1)
  2. 円の下端の座標=(0,-1)
  3. 円の左端の座標=(-1,0)
  4. 円の右端の座標=(1,0)

後はどう分割結果を反映させるかですね。尺度としては60*60=360を分割数に据えた度数法(Degree measure)と、半径rの円の周長が2πrである点に注目した弧度法(Radian measure)辺りが二大巨塔と目されています。後者は当然、それに先立って半径rの場合の円周長2πrが求められる必要がありました。
【初心者向け】挟み撃ち定理(Squeeze Theorem)による円周率πの近似
弧度法とは?度数法との違いと表・求め方
20190819051732.gif
20191031121814.png

radians degrees Cos Sin
1 0.00 0.00 1.00 0.00
2 0.10 6.00 0.99 0.10
3 0.21 12.00 0.98 0.21
4 0.31 18.00 0.95 0.31
5 0.42 24.00 0.91 0.41
6 0.52 30.00 0.87 0.50
7 0.63 36.00 0.81 0.59
8 0.73 42.00 0.74 0.67
9 0.84 48.00 0.67 0.74
10 0.94 54.00 0.59 0.81
11 1.05 60.00 0.50 0.87
12 1.15 66.00 0.41 0.91
13 1.26 72.00 0.31 0.95
14 1.36 78.00 0.21 0.98
15 1.47 84.00 0.10 0.99
16 1.57 90.00 0.00 1.00
17 1.68 96.00 -0.10 0.99
18 1.78 102.00 -0.21 0.98
19 1.88 108.00 -0.31 0.95
20 1.99 114.00 -0.41 0.91
21 2.09 120.00 -0.50 0.87
22 2.20 126.00 -0.59 0.81
23 2.30 132.00 -0.67 0.74
24 2.41 138.00 -0.74 0.67
25 2.51 144.00 -0.81 0.59
26 2.62 150.00 -0.87 0.50
27 2.72 156.00 -0.91 0.41
28 2.83 162.00 -0.95 0.31
29 2.93 168.00 -0.98 0.21
30 3.04 174.00 -0.99 0.10
31 3.14 180.00 -1.00 0.00
32 3.25 186.00 -0.99 -0.10
33 3.35 192.00 -0.98 -0.21
34 3.46 198.00 -0.95 -0.31
35 3.56 204.00 -0.91 -0.41
36 3.67 210.00 -0.87 -0.50
37 3.77 216.00 -0.81 -0.59
38 3.87 222.00 -0.74 -0.67
39 3.98 228.00 -0.67 -0.74
40 4.08 234.00 -0.59 -0.81
41 4.19 240.00 -0.50 -0.87
42 4.29 246.00 -0.41 -0.91
43 4.40 252.00 -0.31 -0.95
44 4.50 258.00 -0.21 -0.98
45 4.61 264.00 -0.10 -0.99
46 4.71 270.00 -0.00 -1.00
47 4.82 276.00 0.10 -0.99
48 4.92 282.00 0.21 -0.98
49 5.03 288.00 0.31 -0.95
50 5.13 294.00 0.41 -0.91
51 5.24 300.00 0.50 -0.87
52 5.34 306.00 0.59 -0.81
53 5.45 312.00 0.67 -0.74
54 5.55 318.00 0.74 -0.67
55 5.65 324.00 0.81 -0.59
56 5.76 330.00 0.87 -0.50
57 5.86 336.00 0.91 -0.41
58 5.97 342.00 0.95 -0.31
59 6.07 348.00 0.98 -0.21
60 6.18 354.00 0.99 -0.10
61 6.28 360.00 1.00 -0.00
#角度(ラディアン/度)とCos(θ)/Sin(θ)の対応
c0<-seq(0,2*pi,length=61)
c1<-seq(0,360,length=61)
cx<-cos(c0)
cy<-sin(c0)
TR01<- data.frame(radians=c0,degrees=c1,Cos=cx,Sin=cy)
library(xtable)
print(xtable(TR01),type="html")

これではあまりに解りにくいので、初学者向けにこういう図も出回っている様です。試験向けに暗記するならこっち?
unit-circle7_43215_md.gif
とりあえず半径1,周長2πの単位円(Unit Circle)の円弧上において、角度さえ求められれば自動的に決定するx座標が正弦波(Sine wave)、y座標が余弦波(Cosin wave)という認識。
【初心者向け】物理学における「単位円筒(Unit Cylinder)」の概念について。
20191018074109.gif
XY軸(円弧)
20191018074133.png
20191029133633.gif
XZ軸(Cos波)
20191101090256 (1).png
20191029193635.gif
YZ軸(Sin波)
20191101090408.png
20191029194000.gif
【初心者向け】三角関数と指数・対数関数の「巡回性」について。
20191014091535.gif
20191014142817.gif
【Rで球面幾何学】オイラーの公式を導出したマクローリン級数の限界?
20190602123436.gif
【Rで球面幾何学】オイラーの公式とは、そもそも何か?
20190512232958.gif
地球儀上における経度(longitude)の概念はこれに由来するとも。
緯度経度とは?
ならば緯度の概念は何処から発祥したのでしょう…それについては、以下続報。

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