【質問】数学(高校):sinθ、cosθ の値を求める問題を、単位円と直線の交点として求める

〔質問〕
2sinθ+cosθ=1(0°≦θ≦180°)の時、sinθ、cosθ の値を求める問題で、解説では直線 2y+x=1 と単位円との交点を求めればよいと書いていました。これはどういう意味なのですか?
〔回答〕
cosθ、sinθ は、図形的にはそれぞれ x, y に対応させることができます。
x2+y2=1(中心原点、半径1の円)上の点と捉えつつ、2y+x=1 を満たすものを考えればいいからです。

 

詳細

※ 質問では「2sinθcosθ=1」とありましたが、「2sinθ+cosθ=1」のことだと思いますので、この前提で解説します

三角比・三角関数では、そもそも、cos2θ+sin2θ=1 という性質があります。
ですので、2sinθ+cosθ=1 を解くということは、必然的に
(1)2sinθ+cosθ=1
(2)cos2θ+sin2θ=1
という連立方程式を解いていることになります。
 
ところで、単位円では、cosθ=x, sinθ=y とおくことで、図形的には(2)を x2+y2=1 という中心原点・半径1の円に対応させています。

そして今回の問題では、この cosθ(=x)と sinθ(=y)が、「2sinθ+cosθ=1」という関係も満たしているので、
(1)2y+x=1(直線)
(2)x2+y2=1(円)
という連立方程式を解くことを考えればいいのです。

つまり、これが図形的には直線と円の交点を考えている、という理屈です。
 
なお、今回の問題に限らず、「三角比・三角関数」と「円」の問題は、円上の点を cosθ=x, sinθ=y とおくことで、お互いの問題を変換することができます!
 
 
ちなみに、θ はx軸の0以上の部分を基準に測りますので、cosθ=x と sinθ=y を逆に設定してはいけません。cos, sin の定義とのつじつまが合わなくなってしまいます
 

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