高中数学 · D 模块

任意角

一个角既记录转了多少,也记录向哪边转。任意角把范围扩展到负角和超过一周的角;终边相同,只说明最后指向相同,并不表示旋转过程相同。

旋转与方向

用旋转刻画角

一条射线从原来的位置出发,绕端点旋转到另一个位置。出发的射线叫角的始边,停止位置的射线叫角的终边,共同的端点叫角的顶点。

规定逆时针旋转形成正角,顺时针旋转形成负角;射线没有旋转时形成零角。于是角不再受一周限制:$720^\circ$ 表示逆时针转两周,$-450^\circ$ 表示顺时针转一周后再转 $90^\circ$。正负号记录方向,绝对值记录旋转量,二者都不能省略。

象限与轴线

把角放在标准位置

为了比较不同的角,通常把顶点放在坐标原点,始边与 $x$ 轴非负半轴重合,这叫角的标准位置。此时,角的终边落在哪个象限内,就称它为第几象限角。

“落在象限内”是必要条件。比如 $90^\circ$ 的终边在 $y$ 轴非负半轴上,它不属于任何一个象限,所以不能称为第二象限角。终边落在坐标轴上的角统称为轴线角。

同终边角

同终边不等于同一个角

从同一条始边出发,旋转整周不会改变终边的位置。因此,对于用角度制度量且都放在标准位置的角,若角 $\alpha$ 已经确定,那么所有与它终边相同的角组成集合

$$ S=\{\beta\mid \beta=\alpha+k\cdot360^\circ,\ k\in\mathbb Z\}. $$

式中的 $k$ 必须是整数,因为每次增加或减少的都应是完整的一周;$k$ 可正、可负,也可以为零。这个式子既说明右边列出的角都与 $\alpha$ 同终边,也说明同终边角与 $\alpha$ 的差一定是整周。

例如,$-32^\circ$ 的所有同终边角组成集合

$$ \{\beta\mid \beta=-32^\circ+k\cdot360^\circ,\ k\in\mathbb Z\}. $$

取 $k=1$ 得 $328^\circ$,它是这组角在 $[0^\circ,360^\circ)$ 内的代表。二者终边相同,但旋转方向和旋转量不同,所以不能说它们是同一个角。

改变两个角,对比终边

三百二十八度与负三十二度的终边相同,箭头显示不同旋转方向xyO328°−32°

相差 360°,终边相同,角不相等。

同终边不等于同一个角。终边只表示最后的方向,角还记录旋转方向和旋转量。

终边的范围

终边落在一段范围内的角

同终边角从一个确定的角出发,每次加减整周。如果终边可以在一段范围内转动,就把这整段范围一起加减整周。

例如,第一象限内的终边在一周中对应 $0^\circ<\alpha<90^\circ$。加上任意整数周,所有第一象限角组成集合

$$ \{\alpha\mid k\cdot360^\circ<\alpha<90^\circ+k\cdot360^\circ,\ k\in\mathbb Z\}. $$

两个端点必须加上同一个 $k\cdot360^\circ$,这样才是把原来的范围完整地移到另一周。例如取 $k=-1$,得到 $-360^\circ<\alpha<-270^\circ$;其中的角虽然为负,终边仍在第一象限。

这里不取端点,因为坐标轴不属于象限。若描述的范围明确包含某条边界射线,对应端点就应取等号;是否包含端点,取决于终边允许落在哪里。

核心理解

真正要保留的信息

任意角记录的是一次有方向、可超过一周的旋转;标准位置让终边方向便于比较;同终边角则只在相差整周时出现。判断同终边时,不看两个数“相差不多”,而要检查它们的差能否写成 $k\cdot360^\circ$,其中 $k\in\mathbb Z$。