The Nature of Code閱讀心得與Python實作:3.3 Trigonometry Functions

更新於 發佈於 閱讀時間約 1 分鐘

這一節主要在談三角函數和向量的分量、角度間的關聯性。這個關聯性在向量的應用上,非常重要。先來看看三角函數的定義。

如下圖中的直角三角形,斜邊、對邊、鄰邊的長度分別是$a、b、c$,有一個內角,角度是θ。

raw-image

三角函數共有六個,其中三個是比較會用到的,它們的定義是:

  • 正弦函數sinθ = b / a
  • 餘弦函數cosθ = c / a
  • 正切函數tanθ = b / c

接下來,就從下面這張圖來看看,向量和三角函數之間,究竟有什麼關聯。

raw-image

從圖可以看出,向量v及兩個分量vx和vy,剛好會構成一個直角三角形,而v的方向角度,就是直角三角形的一個內角。所以,從這裡我們就可以得到,向量的角度和三角函數之間有這樣子的關聯:

tanθ = vy / vx


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角運動(angular motion)指的是物體的旋轉運動。物體進行直線運動時,可以用速度和加速度來描述它的運動。同樣的做法也可以運用在描述角運動上,我們可以用角速度(angular velocity)和角加速度(angular acceleration)來描述角運動。
角度有兩種單位,一個就是大家耳熟能詳的「度」(degree),記做 °;另一個是「弳度」(radian),也翻譯成「弧度」,記做rad。當使用弳度來度量角度的大小時,通常會把rad省略,不寫出來。
這一章主要在探討,如何模擬震盪(oscillation)相關的物理現象如波、單擺、彈簧等。
到目前為止,我們所模擬的萬有引力,是一個物體吸引另一個物體,或者是一個物體吸引多個物體。然而,在真實世界中,每個物體都會互相吸引,所以在這一節中,就來把模擬的情境,擴展成多個物體互相吸引。
模擬世界是我們寫程式造出來的,我們就是模擬世界的主宰,所以各種作用力要長什麼樣子、要怎麼個作用法,都由我們決定。不過,如果希望這些作用力看起來像真實世界的作用力一樣,那在寫程式的時候,套用這些作用力在真實世界中的物理公式,會是比較省時省力的做法。
在真實世界中有各式各樣的作用力影響著我們,那在模擬世界中呢?要怎麼在本來無一物的模擬世界中,製造出作用力呢?
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角度有兩種單位,一個就是大家耳熟能詳的「度」(degree),記做 °;另一個是「弳度」(radian),也翻譯成「弧度」,記做rad。當使用弳度來度量角度的大小時,通常會把rad省略,不寫出來。
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