C言語の三角関数sin/cos/tan入門｜ラジアン変換や波形生成・角度計算を解説

#include <stdio.h>
#include <math.h>  // 三角関数やsqrtなどの数学関数を宣言

int main(void) {
    double x = 0.5;
    double y = sin(x);  // sin関数を利用

    printf("sin(%f) = %f\n", x, y);
    return 0;
}

gcc main.c -o main -lm

/* 倍精度版(最もよく使う) */
double sin(double x);
double cos(double x);
double tan(double x);

/* 単精度版 */
float sinf(float x);
float cosf(float x);
float tanf(float x);

/* long double版 */
long double sinl(long double x);
long double cosl(long double x);
long double tanl(long double x);

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    float xf = 0.5f;
    float yf = sin(xf);      // sin(float) ではなく sin(double) が呼ばれる

    float yf_exact = sinf(xf); // こちらはfloat版

    printf("yf (sin)   = %.10f\n", yf);
    printf("yf (sinf)  = %.10f\n", yf_exact);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846  // 自作の円周率定数

/* 度数法(deg)からラジアン(rad)へ変換する関数 */
double deg2rad(double deg) {
    return deg * (MY_PI / 180.0);
}

int main(void) {
    double deg = 30.0;
    double rad = deg2rad(deg);
    double s = sin(rad);  // 30度のsin値

    printf("deg = %f, rad = %f, sin(30deg) = %f\n", deg, rad, s);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

/* ラジアン(rad)から度数法(deg)へ変換する関数 */
double rad2deg(double rad) {
    return rad * (180.0 / MY_PI);
}

int main(void) {
    double rad = MY_PI / 3.0;  // 60度に相当
    double deg = rad2deg(rad);

    printf("rad = %f, deg = %f\n", rad, deg);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

/* 円周率定数を自前で定義 (double精度) */
#ifndef MY_PI
#define MY_PI 3.14159265358979323846
#endif

double deg2rad(double deg) {
    return deg * (MY_PI / 180.0);
}

double rad2deg(double rad) {
    return rad * (180.0 / MY_PI);
}

int main(void) {
    printf("PI = %.20f\n", MY_PI);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

double deg2rad(double deg) {
    return deg * (MY_PI / 180.0);
}

int main(void) {
    double angle_deg = 45.0;              // 度数法で45度
    double angle_rad = deg2rad(angle_deg); // ラジアンに変換

    double s = sin(angle_rad);

    printf("angle_deg = %f, angle_rad = %f, sin = %f\n",
           angle_deg, angle_rad, s);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

int main(void) {
    double A = 1.0;        // 振幅
    double T = 2.0;        // 周期(ここでは2秒を1周期と仮定)
    double dt = 0.1;       // サンプリング間隔
    double t;

    printf("t, sin_wave\n");

    for (t = 0.0; t <= 2.0 * T; t += dt) {
        double rad = 2.0 * MY_PI * t / T;  // 角度(ラジアン)
        double y = A * sin(rad);          // 正弦波の値

        printf("%6.2f, % .6f\n", t, y);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

int main(void) {
    double dt = MY_PI / 8.0;  // サンプリングステップ
    double x;

    printf("x(rad), sin(x), cos(x)\n");

    for (x = 0.0; x <= 2.0 * MY_PI + 1e-9; x += dt) {
        double s = sin(x);
        double c = cos(x);

        printf("%6.3f, % .6f, % .6f\n", x, s, c);
    }

    return 0;
}

double angle_rad = ...;  // 角度(ラジアン)
double x = cx + R * cos(angle_rad);
double y = cy + R * sin(angle_rad);

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

int main(void) {
    double x_values[] = {
        MY_PI / 4.0,      // 45度
        MY_PI / 3.0,      // 60度
        MY_PI / 2.0 - 1e-6, // 90度の手前
        MY_PI / 2.0,      // 90度 (理論上は無限大)
    };
    int n = sizeof(x_values) / sizeof(x_values[0]);

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        double x = x_values[i];
        double t = tan(x);

        printf("x = %.10f rad, tan(x) = %.10f\n", x, t);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

double rad2deg(double rad) {
    return rad * (180.0 / MY_PI);
}

int main(void) {
    double x1 = 0.0, y1 = 0.0;  // 基準点
    double x2 = 1.0, y2 = 1.0;  // 目標点(第1象限)

    double dx = x2 - x1;
    double dy = y2 - y1;

    // atan2(y, x): ベクトル(x, y)の角度(ラジアン)を返す
    double angle_rad = atan2(dy, dx);
    double angle_deg = rad2deg(angle_rad);

    printf("dx = %f, dy = %f\n", dx, dy);
    printf("angle = %f rad (=%f deg)\n", angle_rad, angle_deg);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

double deg2rad(double deg) {
    return deg * (MY_PI / 180.0);
}

/* 2Dベクトル(x, y)をdeg度だけ回転させる関数 */
void rotate_vec2(double x, double y, double deg,
                 double *out_x, double *out_y) {
    double rad = deg2rad(deg);
    double c = cos(rad);
    double s = sin(rad);

    // 回転行列との積
    *out_x = x * c - y * s;
    *out_y = x * s + y * c;
}

int main(void) {
    double x = 1.0, y = 0.0;     // x軸正方向の単位ベクトル
    double angle_deg = 90.0;     // 90度回転

    double rx, ry;
    rotate_vec2(x, y, angle_deg, &rx, &ry);

    printf("original: (%f, %f)\n", x, y);
    printf("rotated : (%f, %f)\n", rx, ry);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

int main(void) {
    double x = MY_PI;
    double s = sin(x);

    printf("sin(PI) = %.20f\n", s);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <float.h>  // DBL_EPSILONなど

#define MY_PI 3.14159265358979323846

int main(void) {
    double x = MY_PI;
    double s = sin(x);

    if (fabs(s) < 1e-12) {  // 許容誤差の範囲内かどうかをチェック
        printf("sin(PI) is effectively zero.\n");
    } else {
        printf("sin(PI) is not zero. value = %.20f\n", s);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846

/* 角度(ラジアン)を -PI 〜 +PI の範囲に正規化する */
double normalize_angle_rad(double rad) {
    // まず 0 〜 2PI の範囲に収める
    double two_pi = 2.0 * MY_PI;
    rad = fmod(rad, two_pi);  // 余りを求める (負にもなりうる)

    if (rad < -MY_PI) {
        rad += two_pi;
    } else if (rad > MY_PI) {
        rad -= two_pi;
    }
    return rad;
}

int main(void) {
    double angles[] = {
        0.0,
        5.0 * MY_PI,       // 5π
        -4.0 * MY_PI / 3.0 // -4π/3
    };
    int n = sizeof(angles) / sizeof(angles[0]);

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        double a = angles[i];
        double an = normalize_angle_rad(a);
        printf("original = %8.4f, normalized = %8.4f\n", a, an);
    }
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MY_PI 3.14159265358979323846
#define TABLE_SIZE 360  // 1度刻みのテーブル

double sin_table[TABLE_SIZE];

/* sinテーブルを初期化(度数法1度刻み) */
void init_sin_table(void) {
    for (int deg = 0; deg < TABLE_SIZE; ++deg) {
        double rad = deg * (MY_PI / 180.0);
        sin_table[deg] = sin(rad);  // 初期化時だけ本物のsinを使う
    }
}

/* 度数法で与えられた角度から、テーブルを使って近似sin値を返す */
double fast_sin_deg(double deg) {
    // 0〜359の範囲に丸める
    int idx = (int)deg % TABLE_SIZE;
    if (idx < 0) {
        idx += TABLE_SIZE;
    }
    return sin_table[idx];
}

int main(void) {
    init_sin_table();

    for (int deg = 0; deg <= 90; deg += 15) {
        double exact = sin(deg * (MY_PI / 180.0));
        double approx = fast_sin_deg(deg);
        printf("%3d deg: exact=% .8f, approx=% .8f, diff=% .8f\n",
               deg, exact, approx, approx - exact);
    }

    return 0;
}