Python NumPyで度数法の角度配列から正弦（サイン）を計算する方法

PythonのNumPyで、度数法（°）で指定された角度の配列に対して三角関数の正弦（サイン）を求めるには、numpy.sin()メソッドを使用します。このメソッドは、第1引数 x の各要素に対する正弦を返します。入力がスカラーの場合、戻り値もスカラーになります。

なお、numpy.sin()が受け取る角度はラジアン単位である点に注意が必要です（2π = 360°）。そのため、度で表された角度を渡す場合は、事前にラジアンへ変換しておく必要があります。後述のコード例では、arr * np.pi / 180. という式で変換を行っています。

主な引数

第1引数：x

角度を表す配列です。ここでは度数法で表された角度の配列を渡します。

第2引数：out（任意）

計算結果を格納するためのndarrayです。指定する場合は、入力がブロードキャストされる形状と一致している必要があります。省略または None を指定した場合は、新しく確保された配列が返されます。タプルとして渡すことも可能ですが、その場合はキーワード引数としてのみ指定でき、要素数は出力の数と一致しなければなりません。

第3引数：where（任意）

条件をブロードキャストして入力に適用します。条件が True の位置にはufuncの計算結果が設定され、それ以外の位置では out 配列の元の値が保持されます。デフォルトの out=None で未初期化の配列を作成した場合、条件が False となった位置は未初期化のまま残る点に注意してください。

実装手順

まず、必要なライブラリをインポートします。

import numpy as np

次に、角度の配列を作成します。ここでは sin 0°、sin 30°、sin 45°、sin 60°、sin 90°、sin 180° を求めてみましょう。

arr = np.array((0., 30., 45., 60., 90., 180.))

作成した配列を表示します。

print("Array...\n", arr)

配列のデータ型を確認します。

print("\nArray datatype...\n", arr.dtype)

配列の次元数を取得します。

print("\nArray Dimensions...\n", arr.ndim)

配列に含まれる要素数を取得します。

print("\nNumber of elements in the Array...\n", arr.size)

度数法で与えられた角度の配列から正弦を求めます。角度をラジアンに変換してから np.sin() に渡します。

print("\nResult...", np.sin(arr * np.pi / 180.))

完全なコード例

import numpy as np

# 度数法で指定された角度の配列の正弦を求めるには
# Python Numpyのnumpy.sin()メソッドを使用します
# このメソッドは第1引数xの各要素の正弦を返します
# 入力がスカラーの場合、戻り値もスカラーになります

print("The Trigonometric sines of an array of angles...")

# 角度の配列
# sin 0, sin 30, sin 45, sin 60, sin 90, sin 180 を求める
arr = np.array((0., 30., 45., 60., 90., 180.))

# 配列を表示
print("Array...\n", arr)

# 配列の型を表示
print("\nOur Array type...\n", arr.dtype)

# 配列の次元数を表示
print("\nOur Array Dimensions...\n", arr.ndim)

# 配列の要素数を表示
print("\nNumber of elements...\n", arr.size)

# 度数法の角度配列から正弦を求める
# np.sin()に渡す前にラジアンへ変換する
print("\nResult...", np.sin(arr * np.pi / 180.))

実行結果

The Trigonometric sines of an array of angles...
Array...
[ 0. 30. 45. 60. 90. 180.]

Our Array type...
float64

Our Array Dimensions...
1

Number of elements...
6

Result... [0.00000000e+00 5.00000000e-01 7.07106781e-01 8.66025404e-01
1.00000000e+00 1.22464680e-16]

出力を見ると、sin 0° = 0、sin 30° = 0.5、sin 45° ≈ 0.7071、sin 60° ≈ 0.8660、sin 90° = 1 という数学的に正しい値が得られています。最後の sin 180° は理論上0ですが、浮動小数点演算の誤差により 1.22464680e-16 という極めて小さい値になっています。これはNumPyにおける正常な挙動であり、必要に応じて丸め処理などで対応できます。