数学において、逆三角関数(時折、反三角関数[ 1 ] 、円環関数[ 2 ]、または円弧関数[ 3 ]とも呼ばれる)は、適切な制限された定義域の下での三角関数の逆関数である。具体的には、正弦、余弦、正接、余接、正割、余割関数の逆関数であり[ 4 ]、任意の角度の三角比から角度を求めるために用いられる。逆三角関数は、工学、航海、物理学、幾何学において広く用いられている。


逆三角関数にはいくつかの表記法があります。最も一般的な表記法は、接頭辞arc- を使用するもので、arcsin( x )、arccos( x )、arctan( x )などです。[ 1 ] (この表記法はこの記事全体を通して使用されています。) この表記法は、次の幾何学的関係から生じます。 ラジアンで測定する場合、θラジアンの角度は、長さがrθの弧に対応します。ここで、 rは円の半径です。したがって、単位円では、x のコサイン関数は弧と角度の両方になります。半径 1 の円の弧の長さは角度と同じだからです。または、「コサインがxである弧」は「コサインがxである角度」と同じです。半径での円の弧の長さは、ラジアンでの角度の測定値と同じだからです。[ 5 ]コンピュータプログラミング言語では、逆三角関数は、 asin、acos、atanという略語で呼ばれることが多い。[ 6 ]
英語の文献でよく使われる別の表記法は、 1813 年にジョン・ハーシェルが導入した上付き文字f − 1を使用するものです。sin − 1 ( x )、cos − 1 ( x )、tan − 1 ( x )などです。 [ 7 ] [ 8 ] [ 1 ]これは、関数合成ではなく指数を表す一般的な構文sin 2 ( x )と矛盾するため、逆数(乗法逆数) と逆関数の表記法が混同される可能性があります。[ 9 ]括弧内の上付き文字を使用する逆関数の慣例は曖昧さはありませんが、あまり一般的ではありません。sin [ − 1] ( x )、cos [ − 1] ( x )、tan [ − 1] ( x )などです。
逆三角関数には特別な名前が付けられているため、曖昧さは軽減されます。例えば、(cos( x )) − 1 = sec( x )のようにです。しかし、曖昧さがあるため、使用しないよう勧める著者もいます。[ 1 ] [ 10 ]少数の著者が使用しているもう 1 つの問題のある慣習は、最初の文字を大文字にし、「 − 1 」の上付き文字を付けることです。Sin − 1 ( x ) 、 Cos − 1 ( x ) 、 Tan − 1 ( x )など。 [ 11 ]これは、逆数との混同を避けることを意図しており、逆数はsin − 1 ( x )、cos − 1 ( x )など、またはより良い方法としてsin − 1 x、cos − 1 xなどで表されるべきですが、これはまた別の大きな曖昧さの原因を生み出します。特に、多くの人気のある高水準プログラミング言語 ( MathematicaやMAGMAなど) では、標準的な三角関数に大文字の名前を使用しているためです。
2019年以降、ISO 80000-2規格では、逆関数を表す接頭辞として「arc」のみが指定されている。

6つの三角関数はいずれも1対1対応ではないため、逆関数を持つためには、それらの関数に何らかの制限を設ける必要があります。したがって、逆関数の計算結果の範囲は、元の関数の定義域の真部分集合(すなわち厳密な部分集合)となります。
例えば、多値関数の意味で関数を使う場合、平方根関数のように定義できる機能は次のように定義される。与えられた実数に対してと複数の(実際には可算無限個の)数が存在するそのため; 例えば、だけでなく、など。 1 つの値のみが必要な場合は、関数をその主分岐に制限することができます。 この制限により、各ドメインでは、式逆三角関数は、その主値と呼ばれる単一の値のみに評価されます。これらの性質は、すべての逆三角関数に当てはまります。
主要な逆関数を以下の表に示します。
注: 一部の著者はアークセカントの範囲を次のように定義しています(または)[ 12 ]なぜなら、この領域ではタンジェント関数が非負だからです。これにより、いくつかの計算がより一貫性のあるものになります。たとえば、この範囲を使用すると、一方、範囲では(または)、私たちは書かなければならない接線は非負であるためしかし、同様の理由で、同じ著者らはアークコセカントの範囲を次のように定義している。または
xが複素数であっても構わない場合、 yの範囲はその実数部分のみに適用される。
以下の表は、逆三角関数の名称と定義域、およびそれらの通常の主値の範囲(ラジアン)を示しています。
シンボルはすべての実数の集合を表し、はすべての整数の集合を表します。 は のすべての整数倍の集合です。は、
シンボルは集合の減算を表し、例えば、は、(つまり、実数)区間に含まれないもの
ミンコフスキー和の表記法そして上記で使用されているドメインを簡潔に記述するために以下に説明します。
コタンジェントの定義域およびコセカント: ドメインそしてこれらは同じです。これらはすべての角度の集合です。そのつまり、形式ではないすべての実数ある整数に対して
接線の定義域およびセカント: ドメインそしてこれらは同じです。これらはすべての角度の集合です。その
各三角関数は引数の実部に関して周期的であり、各区間でその値をすべて2回通過します。 :}
この周期性は一般逆数に反映され、は整数です。
以下の表は、逆三角関数を用いて6つの標準三角関数を含む等式を解く方法を示しています。与えられた値はそしてすべて適切な範囲内にあるため、以下の関連する式は明確に定義されます。「ある場合」に注意してください。「」は「ある整数に対して」と言う別の言い方です「
シンボルこれは論理等価性であり、左辺が真であれば右辺も真であり、逆に右辺が真であれば左辺も真であることを示します(この概念の詳細と例については、この脚注[注1 ]を参照してください)。
最初の4つの解は、展開すると次のようになります。
例えば、それから一部の人にとってもしそれから一部の人にとってどこたとえそしてそれは奇妙でしょう方程式そして同じ解決策がありますそしてそれぞれ。上記の方程式のうち、先ほど解いたものを除くすべて(つまり、/そして/)、整数解の式は一意に決定されます(固定の場合)そして)
整数パリティの助けを借りて 解決策を書くことは可能ですそれは「プラスマイナス」とは関係ありませんシンボル:
そして同様に、割線関数についても、
どこ等しい整数偶数であり、等しい奇妙な時。
解決策そして「プラスまたはマイナス」記号を含むその意味は今や明確になった。議論は、同じです。間そして私たちは、ある角度があることを知っていますある区間内で私たちはこれを見つけたい上記の表は、解決策が これは、以下の記述のうち少なくとも1つが正しいことを簡潔に表したものです。
上記のように、(定義上、これは次の場合にのみ発生します)) ならば、整数の値は異なるものの、ステートメント (1) と (2) の両方が成り立つ。: もしはステートメント(1)の整数であり、つまりが成り立つと、整数ステートメント(2)は(なぜなら) ただし、すると整数はユニークで、完全に決定されます。 もし (定義上、これは次の場合にのみ発生します)) それから(なぜならそしてどちらの場合もに等しい)したがって、この特定のケースではステートメント(1)と(2)は偶然にも同一であり(したがって両方とも成り立つ)。ケースを検討した結果そしてここでは、そしてでは、今後はこれを前提とします。まだ これは以前と同様に、ステートメント(1)と(2)のいずれかが真であることを示す略記法です。しかし今回は、そしてステートメント(1)と(2)は異なり、さらに、2つの等式のうち1つだけが成り立ちます(両方ではありません)。どちらが成り立つかを判断するには、が必要です。たとえば、そして、知られていることはすべてそれは(そしてそれ以上のことは何も分かっていない)。それから さらに、この特定のケースでは(両方のケースと(ケース)そして結果として、 これはつまりどちらでもまたは追加情報がなければ、これらの値のうちどれが正しいかを判断することはできませんあります。値を決定する可能性のある追加情報の例角度が上であることを知ることは-軸(この場合))または、それが以下であることを知っている-軸(この場合))
下の表は、2 つの角度がどのようにそして与えられた三角関数におけるそれらの値が等しいか、または互いに負の値である場合、それらは関連しているに違いない。
垂直方向の二重矢印最後の行は、そして満足する条件を満たす場合に限り
したがって、単一の解が与えられた基本的な三角関数方程式(例えば、そのような方程式は、常に保持される、 :=\arcsin y} は常に解である)、そのすべての解の集合は次のとおりです。
上記の式は、反射とシフトの恒等式を使用して変換できます。[ 13 ]
これらの公式は、特に以下のことが成り立つことを示唆している。
交換する場所スワッピングそして交換する類似の方程式を与えるそれぞれ。
例えば、等号を使うと方程式変換できるこれにより、方程式の解が得られます。(どこ :={\frac {\pi }{2}}-\theta } ) を使用する。その解は次のとおりである。 これは次のようになります。 事実を利用してそして代入するもう一つの解決策を証明するは: 代替上記の式の右辺を で表すために使用できます。の代わりに
逆三角関数の三角関数を以下の表に示します。これらはピタゴラスの定理から導き出すことができます。別の方法としては、一辺の長さが 1、もう一辺の長さが 1 の直角三角形の幾何学を考える方法があります。次に、ピタゴラスの定理と三角比の定義を適用します。アークセカントとアークコセカントについては、図は次のように仮定していることに注意する価値があります。は正の値であるため、絶対値と符号(sgn)演算を使用して結果を補正する必要があります。



補角:
否定的な議論:
相互的な議論:
上記の恒等式は、以下の事実と併用(およびそこから導出)することができる。そして逆数である(つまり)そしてそしてそして
正弦表の一部しか持っていない場合に役立つ恒等式:
ここで複素数の平方根を用いる場合、正の実部を持つ根(二乗が負の実部を持つ場合は正の虚部を持つ根)を選択します。
上記の表から直接導き出される便利な形式は次のとおりです。
それは、。
半角の公式から、すると、次のようになります。
これは接線加算公式から導き出される。
許可することによって
zの複素数値に対する導関数は以下のとおりです。
xの実数値の場合のみ:
これらの公式は、三角関数の導関数を用いて導出できます。例えば、、 それからそれで
導関数を積分し、ある一点で値を固定すると、逆三角関数を定積分として表す式が得られる。
xが1に等しい場合、定義域が限定された積分は広義積分となるが、それでも定義は可能である。
正弦関数や余弦関数と同様に、逆三角関数もべき級数を用いて以下のように計算できます。逆正弦の場合、導関数を展開することで級数を導出できます。二項級数として、項ごとに積分します(上記の積分定義を使用)。逆正接の級数も同様に、導関数を展開することによって導出できます。等比級数において、上記の積分定義を適用する(ライプニッツ級数を参照)。
逆正接のテイラー級数は、逆正接級数またはグレゴリー級数 とも呼ばれます。
他の逆三角関数の級数は、上記の関係に従ってこれらを用いて表すことができます。例えば、、など。別のシリーズは次のように与えられます。[ 14 ]
レオンハルト・オイラーは、逆正接関数のテイラー級数よりも速く収束する級数を発見した。
[ 15 ] ( n= 0 の場合の和の項空積ので、1 です。)
あるいは、これは次のように表現できます。
逆正接関数の別の級数は次のように表される。
逆正接を表すべき級数に代わる2つの方法として、以下の一般化連分数があります。
これらのうち2番目は、カットされた複素平面で有効です。カットは2つあり、1つは虚軸に沿って下向きに−iから無限遠点まで、もう1つは虚軸に沿って上向きにiから無限遠点までです。これは−1から1までの実数に対して最もよく機能します。部分分母は奇数の自然数であり、部分分子(最初のもの以降)は単に(nz)2であり、各平方数が1回ずつ現れます。最初のものはレオンハルト・オイラーによって開発され、2番目はカール・フリードリヒ・ガウスがガウス超幾何級数を利用して開発しました。
zの実数値および複素数値について:
実数x ≥ 1 の場合:
-1と1の間にないすべての実数xについて:
絶対値は、アークセカント関数とアークコセカント関数の負の値と正の値の両方を補正するために必要です。また、 2つの関数の導関数に絶対値が含まれるため、符号関数も必要です。これにより、xの正の値と負の値に対して2つの異なる解が生成されます。これらは、逆双曲線関数の対数定義を使用することでさらに簡略化できます。
arcosh関数の引数の絶対値は、そのグラフの負の半分を作成するため、上記の符号付き対数関数と同一になります。
これらの原始関数はすべて、部分積分と上記に示した単純な微分形式を用いて導出できる。
使用(つまり部分積分)セット
それから
単純な置換によって最終結果は以下のとおりです。

逆三角関数は解析関数であるため、実数直線から複素平面に拡張することができます。これにより、複数のシートと分岐点を持つ関数が得られます。拡張を定義する一つの方法は次のとおりです。
ここで、虚軸のうち分岐点(−i と +i)の間に厳密に位置しない部分は、主シートと他のシートとの間の分岐切断線である。積分の経路は分岐切断線を横切ってはならない。分岐切断線上にないzについては、0 からzへの直線経路がそのような経路である。分岐切断線上にあるzについては、経路は上側の分岐切断線の場合はRe[x] > 0から、下側の分岐切断線の場合はRe[x] < 0から進入しなければならない。
逆正弦関数は次のように定義できます。
ここで、(平方根関数は負の実軸に沿って切断され、)− 1と+1の間に厳密にない実軸の部分は、arcsinの主シートと他のシートとの間の分岐切断である。
これはarcsinと同じカットです。
これはarctanと同じカットを持つ。
ここで、実軸の−1から+1までの部分(両端を含む)は、arcsecの主シートと他のシートとの間のカットである。
これは、アークセクトと同じカットです。
これらの関数は複素対数を用いて表現することもできます。これにより、定義域が自然な形で複素平面に拡張されます。関数の主値に関する以下の恒等式は、定義域全体、さらには分岐切断面においても成り立ちます。
逆三角関数はすべて直角三角形の角度を出力するため、オイラーの公式を用いて複素平面上に直角三角形を形成することで一般化できます。代数的に、これは次のようになります。
または
どこ隣接する側は、反対側は、は斜辺です。ここから、を解くことができます。。
または
虚数部を取るだけで、実数値であれば何でも機能しますそしてしかし、もしまたはは複素数値なので、結果の実部が除外されないように最終式を使用する必要があります。斜辺の長さは角度を変えないので、実部を無視するとまた削除します方程式から。最終的な方程式では、複素平面上の三角形の角度は、各辺の長さを入力することで求められることがわかります。3辺のうち1辺を1に設定し、残りの辺のうち1辺を入力値に設定することで、こうして、逆三角関数の1つの式が得られ、合計6つの式になります。逆三角関数は入力が1つしか必要としないため、ピタゴラスの定理の関係式を用いて、三角形の最後の辺を他の2辺で表す必要があります。
以下の表は、各逆三角関数の a、b、c の値と、それに対応する式を示しています。値を方程式に代入した結果上記を簡略化する。
簡略化された式の特定の形式によっては、各逆三角関数の通常の主枝とは異なる出力が得られる場合があります。提示された式は、そして逆余接を除くすべての関数の主枝列。逆コタンジェント列は、通常の主枝を使用して出力します。そして大会。
この意味で、すべての逆三角関数は、複素数値の対数関数の特殊なケースと考えることができます。これらの定義は、任意の複素数値に対して機能するため、これらの定義では、出力として双曲線角を扱うことができ、さらに逆双曲線関数を定義するためにも使用できます。これらの関係は、三角関数の指数形式から始めて逆関数を解くことで、代数的に証明できます。
正弦の指数定義を用い、
(正の枝が選択されます)

逆三角関数は、直角三角形の辺の長さがわかっている場合に、残りの2つの角を求める際に役立ちます。直角三角形における正弦と余弦の定義を思い出すと、次のようになります。
多くの場合、斜辺は不明であり、ピタゴラスの定理を使用してアークサインまたはアークコサインを使用する前に計算する必要があります。どこは斜辺の長さです。この場合、斜辺の長さは必要ないので、逆正接が役立ちます。
例えば、屋根が20メートル伸びる間に8メートル下がるとします。屋根は水平面と角度θをなしており、 θは次のように計算できます。
2 引数のatan2関数は、 yとxが与えられたときにy / xの逆正接を計算しますが、その範囲は(−π, π ]です。言い換えれば、atan2( y , x )は平面の正のx軸と平面上の点( x , y )の間の角度であり、反時計回りの角度 (上半平面、y > 0 ) は正、時計回りの角度 (下半平面、y < 0 ) は負になります。この関数は多くのコンピュータ プログラミング言語で最初に導入されましたが、現在では科学や工学の他の分野でも一般的になっています。
標準的なarctan関数、つまり範囲が(−π/2, π/2)の場合、次のように表すことができます。
上記の関数の限定版は、正接半角の公式を用いて次のように定義することもできます。 ただし、 x > 0またはy ≠ 0 のいずれかの場合に限ります。しかし、x ≤ 0かつy = 0の場合はこの式は成り立たないため、計算には適していません。
上記の引数の順序 ( y , x ) は最も一般的であり、特にC プログラミング言語などのISO 規格で使用されていますが、一部の著者は反対の慣例 ( x , y ) を使用している場合もあるため、注意が必要です。
多くのアプリケーション[ 17 ]では、解決策は方程式の与えられた値にできるだけ近づけること適切な解は、修正された逆正接関数のパラメータによって生成される。
機能最も近い整数に丸めます。
0 とπに近い角度では、逆余弦関数は条件が悪く、同様に −π/2 と π/2 に近い角度では逆余弦関数は条件が悪くなっています。したがって、コンピュータアプリケーションでは、これらの関数への入力の安定性と計算の感度を考慮するか、代替方法を使用する必要があります。[ 18 ]
[…]
α
= arcsin
m
: 互いに逆関数である 2つの関数は、それぞれが他方の
反関数であると言われるため、「
arc-sine
m
」または「
anti-sine
m
」とよく読みます
。 […] 他の
三角関数
についても同様の記号関係が成り立ちます。 […] この表記法はヨーロッパで広く使用されており、この国でも急速に普及しています。あまり好ましくない記号である
α
= sin
-1
m
は、英語とアメリカの文献で依然として見られます。 α
= inv sin
m
という表記は、
その汎用性の高さから、おそらくさらに優れていると言えるでしょう。 […]
{{cite book}}ISBN /日付の不一致(ヘルプ){{cite book}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです(リンク)しかし、「arcus関数」という用語は、複素数の引数を与える関数を指す場合もあり、 arcusと呼ばれることもあります。