我们都学习过三角函数,但很多朋友对角度制和弧度制的理解是存在误区的。以正弦函数y=sinx为例,这里的自变量x可以取角度(°)也可以取弧度(rad),此时两者在本质上是没有区别的。
我们规定一个扇形的弧长L与半径R的比值为圆心角α°所对应的弧度θ(rad)。由于两个长度的比值必然为一个实数,所以弧度的本质就是一个实数。
当弧长和半径相等时,此时圆心角所对应的弧度为L:R=1(rad)。
一个圆的周长为2πR,此时圆心角为360°。
所以360°=2πR:R=2π(rad)
而我们熟知的圆周率π本质上就是一个半圆弧长与半径的比值,π弧度。

360°=2π(rad)
180°=π(rad)≈3.14(rad)
1°=(π/180)(rad)≈0.017(rad)
1(rad)=(180/π)°≈57.3°
例如sin30°=sin(π/6)=1/2
sin(π/6)≈sin(3.14/6)≈sin(0.52)
对于sinx,x可以取角度也可以取弧度,但是sinx的值只能代表一个实数,也就是弧度。这一点是很多朋友理解不够准确的地方,务必注意。
今天,我们来探讨一个很有趣的问题,证明sin(cosx)<cos(sinx)。

要想证明这个结论,我们首先回顾正余弦函数的基本性质。
①取值范围:
sinx∈[-1,1];cosx∈[-1,1]
②单调性:
sinx在[-π/2,π/2]上单调递增
③诱导公式:
cosx=sin(π/2-x)=sin(π/2+x)
④两角和差公式
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ

根据以上性质,我们就可以得到一个很重要的结论。
cosx+sinx
=√2[(√2/2)cosx+(√2/2)sinx]
=√2[sin(π/4)cosx+cos(π/4)cosx]
=√2sin(π/4+x)
cosx-sinx
=√2[(√2/2)cosx-(√2/2)sinx]
=√2[sin(π/4)cosx-cos(π/4)cosx]
=√2sin(π/4-x)
辅助角公式
cosx+sinx=√2sin(π/4+x)
cosx-sinx=√2sin(π/4-x)

好了,现在我们可以来解决一开始提到的问题了。
求证:sin(cosx)<cos(sinx)
证明:sinx∈[-1,1]
sinx在[-π/2,π/2]上单调递增
①sinx∈[0,1]
π/2-sinx
∈[π/2-1,π/2]⊆[-π/2,π/2]
cosx∈[-1,1]
注意到π/2≈3.14/2=1.57>1
cosx∈[-1,1]⊆[-π/2,π/2]
cosx+sinx=√2sin(π/4+x)
sin(π/4+x)≤1
cosx+sinx=√2sin(π/4+x)
≤√2×1=√2
√2≈1.414<π/2
cosx+sinx≤√2<π/2
cosx<π/2-sinx
我们得出了cosx与(π/2-sinx)的取值均在区间[-π/2,π/2]内
并且cosx<π/2-sinx
根据sinx在[-π/2,π/2]上单调递增,可得
sin(cosx)<sin(π/2-sinx)
=cos(sinx)
sin(cosx)<cos(sinx)

②sinx∈[-1,0]
π/2+sinx
∈[π/2-1,π/2]⊆[-π/2,π/2]
cosx∈[-1,1]⊆[-π/2,π/2]
cosx-sinx=√2sin(π/4-x)≤√2<π/2
cosx<π/2+sinx
我们得出了cosx与(π/2+sinx)的取值均在区间[-π/2,π/2]内
并且cosx<π/2+sinx
根据sinx在[-π/2,π/2]上单调递增,可得
sin(cosx)<sin(π/2+sinx)
=cos(sinx)
sin(cosx)<cos(sinx),证毕!
最后,我们举几个例子用计算器验证一下
sin[cos(π/4)]=0.6496…

cos[sin(π/4)]=0.7602…

sin[cos(π/4)]<cos[sin(π/4)]
sin(cos1)=0.5143…

cos(sin1)=0.6663.…

sin(cos1)<cos(sin1)