C言語の三角関数(sin, cos, tan)使い方とmath.hの基本

#include <stdio.h>  // printf用
#include <math.h>   // sin, cos, tanなどの宣言

# GCCの例(Linux, macOS)
gcc trig.c -std=c11 -O2 -Wall -Wextra -lm

# Clangの例
clang trig.c -std=c11 -O2 -Wall -Wextra -lm

# MSVCの例(Developer Command Prompt)
cl /std:c11 /W4 trig.c  # -lm相当は不要

/* math.h より(概略) */
double sin(double x);
double cos(double x);
double tan(double x);

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

int main(void) {
    // float版
    float deg_f = 30.0f;
    const float PI_F = 3.14159265358979323846f;
    float rad_f = deg_f * (PI_F / 180.0f);
    float sf = sinf(rad_f), cf = cosf(rad_f), tf = tanf(rad_f);

    // double版
    double deg = 30.0;
    const double PI = 3.14159265358979323846;
    double rad = deg * (PI / 180.0);
    double sd = sin(rad), cd = cos(rad), td = tan(rad);

    // long double版
    long double deg_l = 30.0L;
    const long double PI_L = 3.141592653589793238462643383279502884L;
    long double rad_l = deg_l * (PI_L / 180.0L);
    long double sl = sinl(rad_l), cl = cosl(rad_l), tl = tanl(rad_l);

    // printfではfloatはdoubleに昇格されるので%fでOK、long doubleは%Lf
    printf("float:  sin=%.7f cos=%.7f tan=%.7f\n", sf, cf, tf);
    printf("double: sin=%.10f cos=%.10f tan=%.10f\n", sd, cd, td);
    printf("long double: sin=%.15Lf cos=%.15Lf tan=%.15Lf\n", sl, cl, tl);
    return 0;
}

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

static const double PI = 3.14159265358979323846;

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

int main(void) {
    double deg = 60.0;
    double rad = deg2rad(deg);
    printf("%.1f度 は %.15fラジアンです\n", deg, rad);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#define _USE_MATH_DEFINES  // MSVCでM_PIを有効化
#include <math.h>

int main(void) {
#ifdef M_PI
    printf("M_PI = %.17f\n", M_PI);
#else
    const double PI = acos(-1.0);
    printf("PI (from acos) = %.17f\n", PI);
#endif
    return 0;
}

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

int main(void) {
    const double PI = 3.14159265358979323846;
    double x = PI / 6.0;  // 30度
    printf("sin(π/6) = %.10f\n", sin(x));
    return 0;
}

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

int main(void) {
    const double PI = 3.14159265358979323846;
    double x = PI / 3.0;  // 60度
    printf("cos(π/3) = %.10f\n", cos(x));
    return 0;
}

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

int main(void) {
    const double PI = 3.14159265358979323846;
    double x = PI / 4.0;  // 45度
    printf("tan(π/4) = %.10f\n", tan(x));
    return 0;
}

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

/* πの自前定義。移植性のために定数で持ちます */
static const double PI = 3.14159265358979323846;

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

int main(void) {
    double degrees[] = {0.0, 30.0, 45.0, 60.0};  // 90度はtanが発散するため別節で解説
    size_t n = sizeof degrees / sizeof degrees[0];

    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
        double d = degrees[i];
        double r = deg2rad(d);
        double s = sin(r);
        double c = cos(r);
        double t = tan(r);
        printf("%6.1f度 -> rad=% .10f  sin=% .10f  cos=% .10f  tan=% .10f\n",
               d, r, s, c, t);
    }
    return 0;
}

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

static const double PI = 3.14159265358979323846;
static double deg2rad(double deg) { return deg * (PI / 180.0); }

int main(void) {
    double d1 = 89.999;         // 90度に非常に近い
    double r1 = deg2rad(d1);
    double t1 = tan(r1);

    double d2 = 90.0;
    double r2 = deg2rad(d2);

    printf("tan(%.3f度) = %.3f\n", d1, t1);

    // cosがほぼ0であれば、発散と見なして直接tanを使わない
    if (fabs(cos(r2)) < 1e-12) {
        printf("tan(%.1f度) は発散(非定義)です\n", d2);
    } else {
        printf("tan(%.1f度) = %.6f\n", d2, tan(r2));
    }
    return 0;
}

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

static const double PI = 3.14159265358979323846;
static double deg2rad(double deg) { return deg * (PI / 180.0); }

int main(void) {
    double wrong = sin(90.0);               // 誤り: 90はラジアン
    double right = sin(deg2rad(90.0));      // 正しい: 90度→ラジアンへ変換

    printf("sin(90.0)        = %.10f  (誤り)\n", wrong);
    printf("sin(deg2rad(90)) = %.10f  (正しい)\n", right);
    return 0;
}

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

int main(void) {
    const double PI = 3.14159265358979323846;
    double s = sin(PI);
    printf("sin(π) = %.20f\n", s);

    // しきい値(イプシロン)で近似比較する
    double eps = 1e-12;
    if (fabs(s) < eps) {
        printf("sin(π)は誤差内で0とみなせます (|s| < %.0e)\n", eps);
    } else {
        printf("sin(π)は0から有意に離れています\n");
    }
    return 0;
}

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

static const double PI = 3.14159265358979323846;
static const double TWO_PI = 2.0 * 3.14159265358979323846;

/* [0, 2π) に正規化する簡易版。極端に大きな値には回数が増える点に注意 */
double normalize_rad_0_2pi(double rad) {
    while (rad >= TWO_PI) rad -= TWO_PI;
    while (rad < 0.0)     rad += TWO_PI;
    return rad;
}

/* [-π, π) に正規化 */
double normalize_rad_mpi_pi(double rad) {
    rad = normalize_rad_0_2pi(rad);
    if (rad >= PI) rad -= TWO_PI;
    return rad;
}

int main(void) {
    double a = 15.0 * TWO_PI + PI / 6.0;  // たくさん周回した角度
    printf("元: %.6f, [0,2π): %.6f, [-π,π): %.6f\n",
           a, normalize_rad_0_2pi(a), normalize_rad_mpi_pi(a));
    return 0;
}