삼각함수의 유리수 값

수학노트
http://bomber0.myid.net/ (토론)님의 2012년 4월 19일 (목) 20:10 판
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개요

 

  • 유리수\(a\in\mathbb{Q}\)에 대하여 \(\theta=a\pi\)일 때, \(\cos \theta\), \(\sin \theta\), \(\tan \theta\) 값이 언제 유리수가 되는가의 문제.
  • 다음이 성립한다
    • \(\cos \theta\in \mathbb{Q}\) 이면, \(\cos \theta = 0,\pm1, \pm 1/2\)
    • \(\sin \theta\in \mathbb{Q}\) 이면, \(\sin \theta = 0,\pm1, \pm 1/2\)
    • \(\tan \theta\in \mathbb{Q}\)이면, \(\tan \theta = 0,\pm1\)

 

 

증명

서로 소인 정수 m,n에 대해, \(\theta=m\pi/n\)이고 \(\cos \theta\in \mathbb{Q}\) 라 하자.

\(\alpha = \cos \theta + i \sin \theta \) 라 두면, \(\alpha\) 는 \(f(x)=x^2-2(\cos \theta)x+1\in \mathbb{Q}[x]\) 의 해이다.

또한 \(\alpha^{n}=1\) 이므로,  \(\alpha\) 는 원분다항식(cyclotomic polynomial)  \(\Phi_n(x) \) 의 해가 된다.

따라서 오일러의 totient 함수 를 사용하여 \(\varphi(n)\)

 

 

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