三角函數微分推導

作者：王一哲
日期：2019/4/12

由於高中物理課程中會用到三角函數微分，但是現行的數學教材中已經將這部分刪除，所以我將 $\sin x$ 及 $\cos x$ 對 $x$ 的微分推導過程整理在這篇文章中，希望對比較好學的同學能有一些幫助。

方法1：利用代數及極限運算

前置作業

由於三角函數微分的推導會用到以下兩個函數的極限值，需要先推導出來才行。
$$\lim_{x \rightarrow 0} \frac{\sin x}{x} = 1$$
$$\lim_{x \rightarrow 0} \frac{1 - \cos x}{x} = 0$$


請參考下圖，圖中的圓形半徑為 1，圓心角為 $x$，由於 $x$ 在第一象限中，所有的三角函數值皆為正值或零。

電磁波示意圖

作者：王一哲
日期：2019/4/11

本次課程檔案已上傳至 GeoGebraTube，可以線上操作或下載檔案。
1. 電磁波示意圖 https://ggbm.at/aetrezwe
2. 電磁波示意圖（使用參數式） https://ggbm.at/j3zrheab

電磁波示意圖動畫

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繪圖步驟

1. 由於電場、磁場、電磁波前進方向三者互相垂直，必須開啟3D繪圖區才能顯示圖形，我們先由檢視 ⇒ 3D繪圖區或是快速鍵Ctrl+Shift+3開啟3D繪圖區。
2. 先定義下列的變數：振幅 A = 2、波長 λ = 4、週期 T = 1、角波數 $k = \frac{2 \pi}{\lambda}$、角頻率 $\omega = \frac{2 \pi}{T}$。
3. 新增代表時間 t 的數值滑桿，最小值為0，最大值為T，增量為0.01T，動畫效果預設為遞增。

t = Slider(0, T, 0.01*T)

4. 由於我希望電磁波沿著 +x 軸方向前進，若電場沿著 z 軸方向振動，則磁場必須沿著 y 軸方向振動，先用以下指令畫出磁場的波形。

B(x) = If(0 <= x <= 3*λ, A sin(k*x - ω*t + 180°))

5. 為了畫出磁場的振動位移，我先在 x 軸上每隔一段距離取一個點，將一個波長平均分為8等份，再於 B(x) 上畫出對應的點，最後用向量畫出箭頭。

num = 4 * 2 * 3
points = Sequence(Point({3*λ / num*i, 0, 0}), i, 1, num)
points_B = Sequence(Point({3*λ / num*i, B(3*λ / num*i), 0}), i, 1, num)
arrows_B = Sequence(Vector(points(i), points_B(i)), i, 1, num)

向量積

作者：王一哲
日期：2019/4/7

向量積 (vector product) 也稱為叉積 (cross product)，在高中數學課本中被稱為外積，但是在數學上有另一個外積 (outer product)，兩者是不同的。假設向量$\mathbf{a}$、$\mathbf{b}$分別定義為

$$\mathbf{a} = (x_1, y_1, z_1)$$
$$\mathbf{b} = (x_2, y_2, z_2)$$

則兩者的向量積為

$$\mathbf{c} = \mathbf{a} \times \mathbf{b} = \begin{vmatrix} \hat i & \hat j & \hat k \\ x_1 & y_1 & z_1 \\ x_2 & y_2 & z_2 \end{vmatrix} = (y_1 z_2 - z_1 y_2, z_1 x_2 - x_1 z_2, x_1 y_2 - y_1 x_2)$$

相當於是向量$\mathbf{a}$、$\mathbf{b}$在空間中形成的平行四邊形的法向量。

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向量積

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