C言語の逆三角関数 asin/acos/atanの使い方と注意点

// 例: 必要なインクルード
#include <stdio.h>
#include <math.h>

# LinuxやmacOS (GCC/Clang) のビルド例
gcc main.c -lm -o app

# MSVC のビルド例(Developer Command Prompt)
cl /EHsc main.c

// <math.h> にある代表的なプロトタイプ
double asin(double x);
double acos(double x);
double atan(double x);

// float 版
float asinf(float x);
float acosf(float x);
float atanf(float x);

// long double 版
long double asinl(long double x);
long double acosl(long double x);
long double atanl(long double x);

// xを[-1, 1]に丸めてからasin/acosを呼ぶユーティリティ
#include <math.h>

static double clamp_unit(double x) {
    if (x > 1.0)  return 1.0;
    if (x < -1.0) return -1.0;
    return x;
}

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

int main(void) {
    float x = 0.5f;                // floatリテラル
    float a = asinf(x);            // float版のasin
    float b = acosf(x);            // float版のacos
    float c = atanf(1.0f);         // float版のatan
    // 表示桁数はfloatの精度に合わせて控えめに
    printf("asinf(0.5f) = %.7f rad\n", a);
    printf("acosf(0.5f) = %.7f rad\n", b);
    printf("atanf(1.0f) = %.7f rad\n", c);
    return 0;
}

// asin_demo.c: sin値から角度(主値)を求める例
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.14159265358979323846

// [-1, 1]に収めてからasinに渡す
static double clamp_unit(double x) {
    if (x > 1.0)  return 1.0;
    if (x < -1.0) return -1.0;
    return x;
}

// ラジアンを度に変換
static double rad_to_deg(double rad) {
    return rad * 180.0 / PI;
}

int main(void) {
    // 代表的な値を試す
    double xs[] = { -1.0, -0.5, 0.0, 0.5, 1.0, 1.0000000001 }; // 最後は誤差で少しはみ出す例
    size_t n = sizeof(xs) / sizeof(xs[0]);

    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
        double x   = xs[i];
        double x_c = clamp_unit(x);     // はみ出し対策
        double rad = asin(x_c);         // 逆正弦
        double deg = rad_to_deg(rad);   // 度に変換

        // isnanでNaNを検出
        if (isnan(rad)) {
            printf("asin(% .10f) = NaN (入力が範囲外の可能性)\n", x);
        } else {
            printf("asin(% .10f) = %.10f rad = %.6f deg\n", x, rad, deg);
        }
    }
    return 0;
}

// acos_demo.c: cos値から角度(主値)を求める例
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.14159265358979323846

static double clamp_unit(double x) {
    if (x > 1.0)  return 1.0;
    if (x < -1.0) return -1.0;
    return x;
}

static double rad_to_deg(double rad) {
    return rad * 180.0 / PI;
}

int main(void) {
    double xs[] = { 1.0, 0.5, 0.0, -0.5, -1.0, -1.0000000001 };
    size_t n = sizeof(xs) / sizeof(xs[0]);

    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
        double x   = xs[i];
        double x_c = clamp_unit(x);
        double rad = acos(x_c);
        double deg = rad_to_deg(rad);

        if (isnan(rad)) {
            printf("acos(% .10f) = NaN (入力が範囲外の可能性)\n", x);
        } else {
            printf("acos(% .10f) = %.10f rad = %.6f deg\n", x, rad, deg);
        }
    }
    return 0;
}

// atan_demo.c: 傾き(y/x)から角度(主値)を求める例
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.14159265358979323846

static double rad_to_deg(double rad) {
    return rad * 180.0 / PI;
}

int main(void) {
    // (y, x)のペアと、その傾きy/x
    struct Pair { double y, x; } data[] = {
        {  1.0,  1.0 },  // 第1象限: 45度相当
        { -1.0,  1.0 },  // 第4象限: -45度相当
        {  1.0, -1.0 },  // 本来は135度(第2象限)だがatan(y/x)では-45度に
        {  2.0,  0.5 },  // 傾き4: 急な正の角度
        {  1.0,  0.0 }   // x=0: y/xは±∞になり得る(実装依存でinf)
    };

    size_t n = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
    for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
        double y = data[i].y;
        double x = data[i].x;
        double slope = y / x;            // x=0だとinfや-Infになる
        double rad = atan(slope);
        double deg = rad_to_deg(rad);
        printf("y=% .1f, x=% .1f -> slope=% 7.3f -> atan= % .6f rad = % .2f deg\n",
               y, x, slope, rad, deg);
    }

    // 注意: 象限を正しく扱うにはatan2(y, x)を使う(別記事で解説)
    return 0;
}

// deg_demo.c: ラジアン↔度の相互変換と、逆三角関数の結果を度で表示
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.14159265358979323846

static double rad_to_deg(double rad) { return rad * 180.0 / PI; }
static double deg_to_rad(double deg) { return deg * PI / 180.0; }

int main(void) {
    // 代表的な値を度で表示
    double a = asin(0.5);      // ≈ π/6
    double b = acos(0.5);      // ≈ π/3
    double c = atan(1.0);      // ≈ π/4

    printf("asin(0.5) = %.10f rad = %.6f deg\n", a, rad_to_deg(a));
    printf("acos(0.5) = %.10f rad = %.6f deg\n", b, rad_to_deg(b));
    printf("atan(1.0) = %.10f rad = %.6f deg\n", c, rad_to_deg(c));

    // 任意の度をラジアンに変換する例
    double deg = 30.0;
    double rad = deg_to_rad(deg);
    printf("%.1f deg = %.10f rad\n", deg, rad);

    return 0;
}