三角関数（さんかくかんすう、）とは、平面三角法における、角の大きさと線分の長さの関係を記述する関数の族および、それらを拡張して得られる関数の総称である。三角関数という呼び名は三角法に由来するもので、後述する単位円を用いた定義に由来する呼び名として、円関数（えんかんすう、）と呼ばれることがある。三角関数には以下の6つがある。特に は幾何学的にも解析学的にも良い性質を持っているので、様々な分野で用いられる。例えば波や電気信号などは正弦関数と余弦関数を組み合わせることで表現することができる。この事実はフーリエ級数およびフーリエ変換の理論として知られ、音声などの信号の合成や解析の手段として利用されている。他にもベクトルの外積や内積は正弦関数および余弦関数を用いて表すことができ、ベクトルを図形に対応づけることができる。初等的には、三角関数は実数を変数とする一変数関数として定義される。三角関数の変数の対応するものとしては、図形のなす角度や、物体の回転角、波や信号のような周期的なものに対する位相などが挙げられる。三角関数に用いられる独特な記法として、三角関数の累乗と逆関数に関するものがある。通常、関数 の累乗は や のように書くが、三角関数の累乗は のように書かれることが多い。逆関数については通常の記法 () と同じく、 などと表す（この文脈では従って、三角関数の逆数は分数を用いて のように、あるいは などと表される）。文献あるいは著者によっては、通常の記法と三角関数に対する特殊な記法との混同を避けるため、三角関数の累乗を通常の関数と同様にすることがある。また、三角関数の逆関数として と添え字する代わりに関数の頭に とつけることがある（たとえば の逆関数として の代わりに を用いる）。三角関数に似た性質を持つ関数として、指数関数や双曲線関数、ベッセル関数などがある。また、三角関数を利用して定義される関数としてしばしば応用されるものにsinc関数がある。直角三角形において、1 つの鋭角の大きさが決まれば、三角形の内角の和は であることから他の 1 つの鋭角の大きさも決まり、3 辺の比も決まる。ゆえに、角度に対して辺比の値を与える関数を考えることができる。という 6 つの値が定まる。それぞれ正弦（ サイン）、正割（ セカント）、正接（ タンジェント）、余弦（ コサイン）、余割（ コセカント）、余接（ コタンジェント）と呼び、まとめて三角比と呼ばれる。ただし は長いので と略記することも多い。ある角 に対する余弦、余割、余接はその角 の余角 に対する正弦、正割、正接として定義される。三角比は平面三角法に用いられ、巨大な物の大きさや遠方までの距離を計算する際の便利な道具となる。角度 の単位は、通常度またはラジアンである。三角比、すなわち三角関数の直角三角形を用いた定義は、直角三角形の鋭角に対して定義されるため、その定義域は が 0° から 90° まで(0 から まで)の範囲に限られる。また、 の場合 が、 の場合 がそれぞれ定義されない。これは分母となる辺の比の大きさが 0 になるためゼロ除算が発生し、その除算自体が数学的に定義されないからである。一般の角度に対する三角関数を得るためには、三角関数について成り立つ何らかの定理を指針として、定義の拡張を行う必要がある。後述する単位円による定義は初等幾何学におけるそのような拡張の例である。他に同等な方法として、正弦定理や余弦定理を用いる方法などがある。2 次元ユークリッド空間 における単位円 上の点を とする。反時計回りを正の向きとして、原点と円周を結ぶ線分 と 軸のなす角の大きさ を媒介変数 として選ぶ。このとき実変数 に対する三角関数は以下のように定義される。これらは順に正弦関数 、余弦関数 、正接関数 と呼ばれる。さらにこれらの逆数として以下の 3 つの関数が定義される。これらは順に余割関数 、正割関数 、余接関数 と呼ばれ、 と合わせて三角関数と総称される。特に は割三角関数（かつさんかくかんすう）と呼ばれることがある。この定義は の範囲では直角三角形による定義と一致する。角度、辺の長さといった幾何学的な概念への依存を避けるため、また定義域を複素数に拡張するために、級数を用いて定義することもできる。この定義は実数の範囲では単位円による定義と一致する。以下の級数は共に示される収束円内で収束する。実関数 の二階線型常微分方程式の初期値問題の解として を定義し、 を として定義できる。上記の式を 1 階の連立常微分方程式に書き換えると、 として、および初期条件 となる。この他にも定積分による（逆三角関数を用いた）定義や複素平面の角の回転による定義などが知られている。一定の半径の円における中心角に対する弦と弧の長さの関係は、測量や天文学の要請によって古代から研究されてきた（バビロニア数学、、YBC 7289）。紀元前1800年頃の粘土板「プリンプトン322」には、ピタゴラス数が記されていた。古代ギリシャにおいて、円と球に基づく宇宙観に則った天文学研究から、ヒッパルコスにより一定の半径の円における中心角に対する弦の長さが表にまとめられたもの（正弦表、）が作られた。プトレマイオスの『アルマゲスト』にも正弦表が記載されている。正弦表は後にインドに伝わり、弦の長さは半分でよいという考えから5世紀頃には半弦 ardha-jiva（つまり現在の sine の意味の正弦）の長さをより精確にまとめたもの、すなわちアーリヤバタ（ ）によって書かれたサンスクリット語の天文学書『』（ ）、が作成された（）。ardha は"半分" jiva は"弦"の意味で、当時のインドではこの半弦（現在の sine の意味の正弦）は単に jiva と略された。また、弦の長さを半分にして直角三角形を当てはめたことから派生して余角 (complementary angle) の考えが生まれ、“余角 (co-angle) の正弦 (sine)”という考えから余弦 (cosine) の考えが生まれた。余弦の値もこの頃に詳しく調べられている。（*co- は complementary の略で、補完的･補足的という意味の接頭語として用いる）628年、ブラーマグプタ（ ）が当時のインド数学と天文学の成果をまとめた代表的な著書『ブラーマ・スプタ・シッダーンタ』（ ）を発表。中国へは唐代（718年頃）に瞿曇悉達によって（アーリヤバタの正弦表）が漢訳された『九執暦』が作られ、『』に含まれている。770年代にファザーリとが『ブラーマ・スプタ・シッダーンタ』をアラビア語に翻訳した『シンドヒンド』（ ）を発表し、インドの知識がイスラーム世界にもたらされた。8世紀頃イスラム帝国へ伝わったときに jaib（入り江）と変化した。10世紀のアッバース朝時代にシリアの数学者アル・バッターニが正弦法の導入、コタンジェント表の計算、球面三角法（球面幾何学）の定理を提唱した（、、『サービア天文表 Az-Zij as-Sabi』）。ブワイフ朝のバグダードの数学者アブル・ワファーがタンジェントを導入した（説もある）。スペインがタイファ期だった12世紀から13世紀にかけて、トレドでの学者が活躍した。一説では12世紀に、翻訳学派のひとり、チェスターのロバートが、アル・バッターニの著書をアラビア語からラテン語に翻訳した際、正弦を sinus rectus と意訳し（sinusはラテン語で「湾」のこと）、現在の sine になったという。日本では、江戸期に関孝和・建部賢弘・久留島喜内らが和算の「円理」と呼ばれる理論を発展させた。円や弦といった概念からは独立に、三角比を辺の比として角と長さの関係と捉えたのは16世紀オーストリアのゲオルク・レティクスであるといわれる。16世紀には地理学者メルカトルがメルカトル図法を考案して、大航海時代に始まった地図学の発展に大きな功績を残したが、メルカトルの時代には積分法は知られていなかったので「」が中心的な問題となった。1638年にルネ・デカルトとジル・ド・ロベルヴァルが出題したデカルトの正葉線の問題が微積分法の発達を促し、インドのケーララ学派やイスラム帝国から伝わっていたそれまでの微分法と積分法という別々の二つの理論体系は、1670年頃にニュートンとライプニッツが独立に微積分法を発見・発明した結果、統合された。この微積分学によって、三角関数の理論は大きく発展した。17世紀後半にはアイザック・バローとジェームス・グレゴリーによって独立にSecant関数の積分が解決され、緯線距離はランベルト関数（逆グーデルマン関数）に相当することが明らかになった。また、余弦を co-sine と呼んだり、sin, cos という記号が使われるようになったりしたのは 17世紀になってからであり、それが定着するのは 18世紀オイラーの頃である。一般角に対する三角関数を定義したのはオイラーである。1748年にオイラーによって、指数関数と三角関数の間に等式が成り立つことが再発見された（オイラーの公式）。フランスの数学者ジョゼフ・フーリエによって金属板の中での熱伝導に関する研究の中でフーリエ級数が導入され、複雑な周期函数による波動の数学的表現が単純な「正弦函数や余弦函数の和」として表されるようになった（フーリエ解析）。1835年にはがを導入し、球面三角法でのを航海用として導入した。アーベルとヤコビによって発展させられた楕円函数論においても、円が三角関数で一意化される現象の類似物として、楕円曲線がモジュラー関数で一意化されることが発見された（「すべての楕円曲線はモジュラーである」）。これがまだ証明されていなかった時代に、この理論を応用したインド人のシュリニヴァーサ・ラマヌジャンらは、収束の早い円周率の公式を発見するなどした。それらの成果を発展させたアンドリュー・ワイルズは、フェルマーの最終定理を証明することに成功した。 軸の正の部分となす角はと表すことができ、 を偏角、 を一般角と言う。一般角 が 進めば点 は単位円上を1周し元の位置に戻る。従って、すなわち三角関数 は周期 の周期関数である。ほぼ同様に、 は周期 の周期関数、 は周期 の周期関数である。単位円上の点の座標の関数であることから、三角関数の間には多数の相互関係が存在する。三角関数の間に成り立つ最も基本的な恒等式の 1 つとしてが挙げられる。これはピタゴラスの基本三角関数公式 と呼ばれている。上記の式を変形して整理すれば、以下の式が導かれる。余角や補角の公式は加法定理の特別な場合として得られることに注意する。三角関数および指数関数は冪級数によって定義されているものとすると、負角公式と指数法則およびオイラーの公式よりである。 および については、冪級数による表示から明らかである。またである。オイラーの公式と負角の公式からを得、指数法則を用いれば の加法定理が得られる。これらから他の三角関数についての加法定理も得られる。また、三平方の定理から加法定理を示す方法が挙げられる。この方法では、円周上の任意の 2 点間の距離を 2 通りの座標系について求めることで、両者が等しいことから加法定理を導く。2 点間の距離を求めるのに三平方の定理を用いる。以下では単位円のみを取り扱うが、円の半径によらずこの方法から加法定理を得ることができる。単位円の周上に 2 点 を取る。P と Q を結ぶ線分の長さを PQ として、その 2 乗 を 2 通りの方法で求めることを考える（右図も参照）。P と Q の 座標の差と 座標の差から、三平方の定理を用いて を求める。次に となるような座標系を取り、同様に三平方の定理から を求める。この座標系に対する操作は、 軸および 軸を角度 だけ回転させる操作に相当するので、 となる。従って、となる。三角関数の他の性質を利用することで、 から の加法定理なども導くことができる。三角関数の微積分は、以下の表のとおりである。ただし、これらの結果には様々な（一見同じには見えない）表示が存在し、この表における表示はいくつかの例であることに注意されたい。ただし、 はグーデルマン関数の逆関数である。三角関数の微分では、次の極限の成立が基本的である。このとき、 の導関数が であることは加法定理から従う（が、後述のようにこれは循環論法であると指摘される）。さらに余角公式 から の導関数は である。即ち、 は微分方程式 の特殊解である。また、他の三角関数の導関数も、上の事実から簡単に導ける。 の における極限が 1 であることを証明するときに、中心角 "x" ラジアンの扇形の面積を2つの三角形の面積ではさんだり、弧長を線分の長さではさんだりして、いわゆるはさみうちの原理から証明する方法がある。これは一般的な日本の高校の教科書にも載っているものであるが、循環論法であるため論理が破綻しているという主張がなされることがある。ここで問題となるのは、証明に面積やラジアン、弧長が利用されていることである。例えば面積について言えば、面積は積分によって定義されるものであるとすると、扇形の面積を求めるには三角関数の積分が必要となる。三角関数の積分をするには三角関数の微分ができなければならないが、三角関数を微分するにはもとの極限が必要になる。このことが循環論法と呼ばれているのである。単位円板の面積が であることを自明な概念と考えてしまえば循環論法にはならないが、これはいくつかの決められた公理・定義から論理的演繹のみによって証明されたものだけを正しいと考える現代数学の思想とは相反するものである。循環論法を回避する方法の 1 つは、正弦関数と余弦関数を上述のような無限級数で定義するものである（これは三角関数の標準的な定義の 1 つである。また、この無限級数の収束半径は無限大である（すなわち任意の実数や複素数で収束する））。この定義に基づいて を示すことができる。しかしながら、このように定義された三角関数が、本来持つべき幾何学的な性質を有しているかどうかは全く明らかなことではない。これを確かめるためには、三角関数の諸公式（周期性やピタゴラスの基本三角関数公式等）を証明し、また円周率は、余弦関数の正の最小の零点（つまり、 となる正の最小の値）の存在を示し、その 2 倍と定義する。すると、formula_23 が区間 から単位円周への（「反時計まわりの」）全単射であることを示すことができる。（連続微分可能な）曲線の長さを積分によって定義すれば、単位円周の長さが であることなどがわかり、上のように定義された三角関数や円周率は、初等幾何での三角関数や円周率の素朴な定義と同じものであることが分かった。三角関数は以下のように無限乗積として書ける。formula_25三角関数は以下のように部分分数に展開される。三角関数の定義域を適当に制限したものの逆関数を逆三角関数（ぎゃくさんかくかんすう、）と呼ぶ。逆三角関数は逆関数の記法に則り、元の関数の記号に を右肩に付して表す。たとえば逆正弦関数（ぎゃくせいげんかんすう、 インバース・サイン）は などと表す。 などの記法もよく用いられる。数値計算などにおいては、これらの逆関数は更に などと書き表される。である。逆関数は逆数ではないので注意したい。逆数との混乱を避けるために、逆正弦関数 を と書く流儀もある。一般に周期関数の逆関数は多価関数になるので、通常は逆三角関数を一価連続なる枝に制限して考えることが多い。たとえば、便宜的に主値と呼ばれる枝をのように選ぶことが多い。またこのとき、制限があることを強調するために、 のように頭文字を大文字にした表記がよく用いられる。 の級数による定義から、オイラーの公式 を導くことができる。この公式から下記の 2 つの等式が得られるから、これを連立させて解くことにより、正弦関数・余弦関数の指数関数を用いた表現が可能となる。即ち、が成り立つ。この事実により、級数によらずこの等式をもって複素変数の正弦・余弦関数の定義とすることもある。また、が成り立つ。ここで は双曲線関数を表す。この等式は三角関数と双曲線関数の関係式と捉えることもできる。複素数 を と表現すると、加法定理よりが成り立つ。他の三角関数は , , , によって定義できる。球面の三角形 ABC の内角を , 各頂点の対辺に関する球の中心角を とするとき、次のような関係が成立する。余弦公式や正弦余弦公式は式の対称性により各記号を入れ替えたものも成立する。

出典:wikipedia