【我的理解】角度與弧度

在學生時期,對於角度制的引入我能非常自然的接受,但後來又引入了弧度制,讓我一臉懵逼。爲什麼有了角度還要引入弧度?爲什麼角度與弧度能互相轉換,它們是一個東西嗎?這兩個問題一直困擾我很多年,直到今日複習微積分時再度出現。

角度的出現

引用知乎:https://www.zhihu.com/question/21480398

角度的出現,是源於對圓周運動的觀察。古人經過長時間的觀察發現,地球圍繞太陽公轉。隨着地球的公轉,人們在特定的時間看到特定的星座,並得出一個循環週期爲360天的規律,也就是一年(雖然後來發現一年實際爲365天,但因爲360天早已成爲習慣且方便計算,所以保留下來)。所以圓被分爲360等分。

將圓分爲360等分,每一份的夾角爲1度,這種度量角大小的方式十分自然,很容易被人接受。那麼爲什麼引入弧度制呢?

弧度制的出現

弧度是從圓周運動的進行者的角度來看待圓周運動的。

之前說過,古人認爲天圓地方,人們的旅行都被視爲直線運動。可事實上,地球是圓的,隨着人類社會的活動,大家越來越認識到傳統意義上的直線在地球表面不復存在,必須重新定義直線的含義。弧度也就是在這樣的環境下開始發揚光大:

弧度可以把圓周運動轉爲直線運動

 

利用弧度也就大大簡化了各種與位置、速度有關的計算。

我的理解

角度與弧度都是對角大小的一種度量方式,只是對同一事物觀察的角度不同而有了不同的稱呼。它們的區別在於角度以觀察者的視角(圓心),將圓周運動視爲直線運動;弧度以運動者的視角(周長),將圓周運動視爲曲線運動。

假設有兩個人A與B,A站在圓心,B站在離r距離的位置,並且B始終要保持在A的視線內。

角度:A站在原地不動,視線轉一圈,B始終跟隨A的視線移動。在A看來B始終是從一個點直線移動到另一點。這樣轉一圈360°,將其分爲360份,每一份1°。A每轉1°,B就從一點直線移動的另一點,也就是說B移動的這一段直線距離對應的A轉動的角度大小1°。

弧度:A站在原地不動,B圍繞A轉一圈。在B看來,自己做的是曲線運動,因爲圓周是曲線,圍繞A轉一圈的距離是2πr,將一圈分爲360份,每一份的距離是πr/180。所以B每移動πr/180的距離,A就旋轉1°。如果A與B的距離爲1(即單位圓),那麼B每移動π/180的弧長(即1弧度),A就旋轉1°。

在A看來,自己轉1°,B就移動一段直線距離。在B看來,A轉1°,自己就移動一段曲線距離。所以,對於同樣大小的角,A用直線來描述,B用曲線來描述。

 

所以:1°=(π/180)弧度;1弧度=(180/π)度

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