Ⅱ. 삼각함수

🧭 일반각·호도법·삼각함수의 정의

각을 길이로 재고, 원 위의 점으로 삼각함수를 다시 정의한다

📋 각을 재는 새 자, 원 위의 점

💥 왜 배우나
1도(°)는 왜 하필 원의 360분의 1일까요? 고대 바빌로니아 사람들이 1년을 약 360일로 세었기 때문이라는 설이 유력해요. 즉 사람이 정한 단위예요. 그런데 수학에는 사람 손을 타지 않는 각의 단위가 있어요. "반지름 길이만큼의 호에 대한 각" = 1 라디안(약 57.3°). 이 단위를 쓰면 부채꼴 공식이 곱셈 하나가 되고, 삼각함수의 미분(미적분Ⅱ)이 깔끔해져요. 이 단원은 각의 자를 바꾸고, 삼각함수를 직각삼각형이 아닌 원 위의 점으로 다시 정의하는 단원이에요.
🔭
히파르코스 (기원전 2세기) — 삼각법의 시작
그리스의 천문학자 히파르코스는 별의 위치를 계산하려고 각에 대한 현의 길이 표를 처음 만들었어요. 사실상 최초의 삼각함수표예요. 그 표로 달까지의 거리를 지구 반지름의 약 60배로 추정했는데, 실제 값(약 60.3배)에 놀랍도록 가까워요. 각과 길이를 잇는 이 생각이 2,000년 뒤 GPS까지 이어져요.

🧭 일반각과 호도법

각은 시초선(기준 반직선)에서 동경(회전한 반직선)까지 돈 양이에요. 시계 반대 방향이 양, 시계 방향이 음. 한 바퀴 넘게 돌아도 되고, 그래서 같은 동경을 나타내는 각은 $\theta+360°\times n$으로 무한히 많아요. 이것이 일반각이에요.

각 (도)60°
✅ 호도법
반지름 $r$인 원에서 길이 $r$인 호에 대한 중심각을 $1$ 라디안(rad)이라 한다. 한 바퀴는 둘레 $2\pi r$ ÷ 반지름 $r$ = $2\pi$ rad. 따라서 $$180°=\pi\ \text{rad},\qquad 1°=\frac{\pi}{180}\ \text{rad},\qquad 1\ \text{rad}=\frac{180°}{\pi}\approx57.3°$$
도0°30°45°60°90°180°270°360°
라디안$0$$\frac\pi6$$\frac\pi4$$\frac\pi3$$\frac\pi2$$\pi$$\frac{3\pi}2$$2\pi$

부채꼴의 호의 길이와 넓이 — 라디안이면 곱셈 하나

반지름 $r$3
중심각 $\theta$ (π의 배수)π/3
🔑 읽는 법
$l=r\theta$: 호의 길이는 "반지름 × 각"(각이 라디안일 때). $S=\frac12r^2\theta=\frac12rl$: 넓이는 "½ × 반지름 × 호의 길이" — 삼각형 넓이 공식과 같은 모양이에요(부채꼴을 아주 가는 삼각형들의 합으로 보면 높이가 $r$, 밑변의 합이 $l$).

⭕ 삼각함수의 정의 — 원 위의 점

반지름 1인 원(단위원) 위의 점을 끌어서 옮겨 보세요. 동경이 나타내는 각 $\theta$에 대해 점의 좌표가 $(\cos\theta,\ \sin\theta)$이고, 원점과 점을 잇는 직선의 기울기가 $\tan\theta$예요. 직각삼각형이 없어도, 각이 90°를 넘어도 정의돼요.

✅ 정의 (일반)
각 $\theta$의 동경과 원점 중심·반지름 $r$인 원의 교점을 $P(x,y)$라 하면 $\sin\theta=\dfrac yr,\ \cos\theta=\dfrac xr,\ \tan\theta=\dfrac yx\ (x\ne0)$. 단위원($r=1$)이면 $\sin\theta=y$, $\cos\theta=x$.
사분면$x$ (그림자)$y$ (높이)$\sin$$\cos$$\tan$
1+++++
2−++−−
3−−−−+
4+−−+−
🔑 부호는 외우지 않는다
$\sin$은 높이라서 위쪽(1·2사분면)에서 양수, $\cos$은 그림자라서 오른쪽(1·4사분면)에서 양수, $\tan$은 기울기라서 오른쪽 위·왼쪽 아래(1·3사분면)에서 양수. 그림만 떠올리면 표가 필요 없어요.

삼각함수 사이의 관계

$\sin^2\theta+\cos^2\theta=1,\qquad \tan\theta=\dfrac{\sin\theta}{\cos\theta}$

첫 번째는 단위원 위의 점 $(x,y)$가 $x^2+y^2=1$을 만족한다는 것, 즉 피타고라스예요. 두 번째는 기울기의 정의 그대로.

$\theta$가 제2사분면의 각이고 $\sin\theta=\dfrac35$ 일 때, $\cos\theta$와 $\tan\theta$는?
1$\cos^2\theta=1-\sin^2\theta=1-\dfrac9{25}=\dfrac{16}{25}$ → $\cos\theta=\pm\dfrac45$.
22사분면은 그림자가 왼쪽 → $\cos\theta\lt0$ → $\cos\theta=-\dfrac45$.
→ 부호는 사분면 그림에서.
3$\tan\theta=\dfrac{\sin\theta}{\cos\theta}=\dfrac{3/5}{-4/5}=-\dfrac34$.
$\cos\theta=-\dfrac45,\quad \tan\theta=-\dfrac34$
➕ 합이나 차가 주어지면 제곱한다
$\sin\theta$ 와 $\cos\theta$ 의 합이나 차가 주어지고 곱을 물으면(또는 그 반대면) 양변을 제곱한다. $\sin^2\theta+\cos^2\theta=1$ 덕분에 교차항만 남는다.
$(\sin\theta+\cos\theta)^2 = 1 + 2\sin\theta\cos\theta,\qquad (\sin\theta-\cos\theta)^2 = 1 - 2\sin\theta\cos\theta$
예 — $\sin\theta-\cos\theta=\dfrac12$ 일 때 $\sin\theta\cos\theta$ 는?
① 제곱: $1 - 2\sin\theta\cos\theta = \dfrac14$   ② $2\sin\theta\cos\theta = \dfrac34$   ③ 2로 나눠 $\sin\theta\cos\theta = \dfrac38$
③에서 2로 나누는 것을 잊는 것과, 교차항의 부호(합이면 $+$, 차면 $-$)를 뒤집는 것이 실점 지점이다. 두 제곱을 더하면 $(\sin\theta+\cos\theta)^2+(\sin\theta-\cos\theta)^2=2$ 로 늘 일정하다는 것도 검산에 쓸 수 있다.

🔁 각의 변환 — 공식 대신 대칭이동

$\sin(\pi-\theta)$, $\cos\left(\frac\pi2+\theta\right)$ 같은 것은 외우지 않아요. 단위원 위의 점 $P(\theta)$를 대칭이동시킨 점의 좌표를 읽으면 돼요. 버튼을 눌러 보세요.

$\theta$35°
각대칭$\sin$$\cos$$\tan$
$\pi-\theta$$y$축$\sin\theta$$-\cos\theta$$-\tan\theta$
$\pi+\theta$원점$-\sin\theta$$-\cos\theta$$\tan\theta$
$-\theta$ (또는 $2\pi-\theta$)$x$축$-\sin\theta$$\cos\theta$$-\tan\theta$
$\frac\pi2-\theta$$y=x$$\cos\theta$$\sin\theta$$\frac1{\tan\theta}$
$\frac\pi2+\theta$$y=x$ 뒤 $y$축$\cos\theta$$-\sin\theta$$-\frac1{\tan\theta}$
🔑 두 가지만 기억
① $\pi$가 붙으면 이름 그대로($\sin\to\sin$), $\frac\pi2$가 붙으면 이름이 바뀐다($\sin\leftrightarrow\cos$). ② 부호는 $\theta$를 예각으로 놓고 옮긴 점이 어느 사분면인지 보고 정한다. 이 두 줄이 표 전체예요.
$\sin\dfrac{5\pi}{6}+\cos\dfrac{4\pi}{3}$ 의 값은?
1$\dfrac{5\pi}6=\pi-\dfrac\pi6$ → $y$축 대칭 → $\sin\dfrac{5\pi}6=\sin\dfrac\pi6=\dfrac12$.
2$\dfrac{4\pi}3=\pi+\dfrac\pi3$ → 원점 대칭 → $\cos\dfrac{4\pi}3=-\cos\dfrac\pi3=-\dfrac12$.
$\dfrac12+\left(-\dfrac12\right)=0$

🌐 세상 속으로

📌 어른이 되어도 기억할 것
  1. 라디안은 "호의 길이 ÷ 반지름". 단위가 없는 순수한 비율이라 공학의 모든 회전 계산은 라디안으로 한다. 각속도 $\omega$(rad/s)와 선속도 $v=r\omega$가 그 예.
  2. 삼각함수는 삼각형이 아니라 원의 함수. 그래서 90°를 넘는 각, 음의 각, 한 바퀴 넘는 각에도 값이 있고, 반복하는 모든 현상을 표현할 수 있다.
  3. $\sin^2\theta+\cos^2\theta=1$은 피타고라스 정리의 다른 이름. 공식이 아니라 그림이다.
💡 인사이트 — 다음 단원으로
원 위의 점이 돌 때 높이($\sin$)와 그림자($\cos$)가 어떻게 오르내리는지를 시간축에 펼치면 삼각함수의 그래프(다음 단원)예요. 그리고 $\sin\theta=\frac yr$ 정의를 삼각형에 다시 적용하면 사인법칙·코사인법칙이 나와요. 이 단원의 "원 위의 점" 하나가 대수 Ⅱ 전체의 뿌리예요.
🏠 각과 회전이 보이는 곳
🕰️
시계 바늘
분침은 1분에 $\frac{\pi}{30}$ rad
🎡
관람차
의자 높이 = $r\sin\theta$ + 중심 높이
🚗
rpm
엔진 회전수 → rad/s로 환산
🛰️
위성 궤도
각속도 일정 = 등속 원운동
📐
경사로 각도
휠체어 경사로 기준 $\tan\theta\le\frac1{12}$
🍕
피자 조각
부채꼴 넓이 $\frac12r^2\theta$
🏭 산업과 직업
🤖
로봇·기계
관절 각도와 끝점 위치의 관계(운동학)는 $\cos$·$\sin$의 합. 모터 제어는 라디안 단위로 돌아간다.
🎓 기계공학 · 로봇공학
🎮
게임·그래픽
캐릭터 회전, 카메라 각도, 원형 UI. 게임 엔진의 각도 API는 대부분 라디안.
🎓 컴퓨터공학 · 게임공학
🛰️
항공·우주·측량
궤도 각, 방위각, 삼각측량. 히파르코스가 하던 일을 위성이 한다.
🎓 항공우주공학 · 공간정보공학

🔥 삼각함수의 정의 퀴즈

문제 1 / 10점수 0 / 10

✅ 정리

항목내용
일반각$\theta+360°n$ (같은 동경) · 반시계 양, 시계 음
호도법$180°=\pi$ rad · $1$ rad $\approx57.3°$ · 부채꼴 $l=r\theta$, $S=\frac12r^2\theta=\frac12rl$
정의단위원 위의 점 $(\cos\theta,\sin\theta)$ · $\tan\theta$ = 기울기 ($x\ne0$)
부호$\sin$ 위쪽 + · $\cos$ 오른쪽 + · $\tan$ 1·3사분면 +
관계$\sin^2+\cos^2=1$ · $\tan=\sin/\cos$
각의 변환$\pi$: 이름 그대로 · $\frac\pi2$: 이름 교환 · 부호는 사분면에서
🔑 한 줄 요약
각은 호의 길이로 재고, 삼각함수는 원 위의 점이다. 부호와 변환은 전부 그림에서 읽는다.

자가 점검

약점 태그

대수:호도법대수:삼각함수 정의대수:사분면 부호대수:각의 변환
➡️ 다음 단원
도는 점을 시간축에 펼치면 → 삼각함수의 그래프. 대수 허브로.