为什么要引入弧度制

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  弧度制是高中三角函数中的基础知识,新课标对学生提出的要求是“体会引入弧度制的必要性”,能进行弧度和角度的互化,但事实上大多数学生对引入弧度制的必要性感到迷惑不解,不明白为什么要把90°换成一个无理数π/2.笔者结合三角学的发展史和弧度制的意义,来说明引入弧度制的必要性。
  一、角度制與弧度制
  公元前约300年,古巴比伦人创造出了角度制,他们把圆周分为360等份,定义每一份为1度,1度可以分为60分,1分可以分为60秒,为了求得给定弧所对的弦长,古希腊数学家希帕科斯首次绘制了弦表,之后,希腊数学家托勒密采用60进制的单位值,求出了各种不同的弧长所对应的弦长,绘制出了比希帕科斯更加完整的弦表,公元6世纪,印度数学家阿耶波多把弦所对的弧的一半与半弦对应,制作出了半弦表,后来阿拉伯学者引进了正弦、余弦、正切、余切的概念,但角的范围始终限制在[0°,180°],16世纪,印度数学家利提克斯发现给定半径的弧和弦长的一一对应关系,于是借助直角三角形的边长之间的比例关系,重新定义正弦、余弦、正切、余切、正割、余割。
  在微积分出现之后,三角学者们开始重视函数思想的应用,为了方便使用,他们将弦长的进制改成了10进制,而角度依然是60进制,导致查阅三角函数表非常不方便,于是弧度制便应运而生了。
  1714年,英国数学家罗杰·科特斯提出了“弧度”的概念,将弧度定义为弧长与半径的比值,在三角形中,角是自变量,对应的因变量是三角形边长的比值,弧度使自变量与因变量的表达形式统一,使三角函数的定义与函数保持一致,1748年,瑞士数学家欧拉将三角函数置于单位圆中,使三角学脱离了三角形,1873年,在詹姆斯·汤姆森教授编制的一本考试问题集中首次出现弧度的名称“radian”,弧度制的引入是三角学发展的需要,弧度制使三角学走上了近代数学的舞台。
  二、弧度制的意义
  类比单位制的发展,可以发现弧度制是角的另一种表示,这与米和英尺都表示长度是一个道理引入弧度制给我们带了7大益处。
  1.弧度制的引入使得角的集合与实数R之间建立起了一一对应的关系,虽然用角度制也可以建立对应关系,但由于进位制不同导致计算不便,而有了弧度制后每一个角都对应的唯一一个实数,即弧度数就是这个实数的角,每一个实数对应唯一一个角的大小。
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