C++中反正切atan2(y,x)与atan(x)的区别

详解反正切函数 atan2:处理任意象限的夹角

1、atan(x)表示求的是x的反正切,其返回值为[-pi/2,+pi/2]之间的一个数。

2、atan2(y,x)求的是y/x的反正切,其返回值为[-pi,+pi]之间的一个数。

三角函数中,两个参数的函数atan2正切函数的一个变种。对于任意不同时等于0的实参数x和y,atan2(y,x)所表达的意思是坐标原点为起点,指向(x, y)的射线在坐标平面上与x轴正方向之间的夹角。当y>0时,射线与x轴正方向的夹角是指x轴正方向绕逆时针方向到达射线旋转的角度;而当y<0时,射线与x轴正方向夹角是指x轴正方向绕顺时针方向达到射线的角度。

C语言的math.h或C++中的cmath中有两个求反正切的函数atan(double x)与atan2(double y,double x)  他们返回的值是弧度 要转化为角度再自己处理下。
前者接受的是一个正切值(直线的斜率)得到夹角,但是由于正切的规律性本可以有两个角度的但它却只返回一个,因为atan的值域是从-90~90 也就是它只处理一四象限,所以一般不用它。

 第二个atan2(double y,double x) ,其中y代表已知点的Y坐标, X代表已知点的X坐标。返回值是坐标原点与点(X, Y)连线与x轴正方向的夹角,这样它就可以处理四个象限的任意情况了,它的值域相应的也就是-180~180了
例如:
例1:斜率是1的直线的夹角。

cout<<atan(1.0)*180/PI;//45°  
cout<<atan2(1.0,1.0)*180/PI;//45° 第一象限  
cout<<atan2(-1.0,-1.0)*180/PI;//-135°第三象限  

后两个斜率都是1 但是atan只能求出一个45°

例2:斜率是-1的直线的角度

cout<<atan(-1.0)*180/PI;//-45°  
cout<<atan2(-1.0,1.0)*180/PI;//-45° y为负 在第四象限  
cout<<atan2(1.0,-1.0)*180/PI;//135° x为负 在第二象限 

常用的不是求过原点的直线的夹角 往往是求一个线段的夹角 这对于atan2就更是如鱼得水了
例如求A(1.0,1.0) B(3.0,3.0)这个线段AB与x轴正方向的夹角
用atan2表示为 atan2(y2-y1,x2-x1) 即 atan2(3.0-1.0,3.0-1.0)
它的原理就相当于把A点平移到原点,而B点相应变成B'(x2-x1,y2-y1)点 这样就又回到先前了
例三:
A(0.0,5.0) B(5.0,10.0)
线段AB的夹角为

cout<<atan2(5.0,5.0)*180/PI;//45° 

### 区别 - **参数含义**:`atan2(Y, X)` 有两个参数,分别代表点的纵坐标 `Y` 和横坐标 `X`,其返回值是点 `(0, 0)` 和 `(X, Y)` 的连线 X 轴正半轴的夹角;而 `atan` 通常只有一个参数,`atan(Y/X)` 表示求 `Y/X` 的正切值,只根据正切值计算角度,不考虑点所在象限 [^1][^3][^4]。 - **值域**:`atan2(Y, X)` 的值域是 `[-π, π]`,能够覆盖四个象限的角度范围;`atan` 的值域是 `[-π/2, π/2]`,只能覆盖两个象限的角度范围 [^1][^3][^4]。 - **象限判断**:`atan2(Y, X)` 会根据 `(X, Y)` 所在的象限来确定最终的角度,不同象限会有不同的返回值范围;`atan` 仅仅根据正切值 `Y/X` 计算角度,无法区分点所在的具体象限 [^1][^2][^4]。例如,对于 `atan2(1, 1)` 和 `atan2(-1, -1)`,结果不同,因为它们处于不同象限;而 `atan(1/1)` 和 `atan((-1)/(-1))` 结果相同,因为只看正切值 [^1]。 ### 用法 #### atan2(Y, X) 在需要考虑点所在象限来计算角度的场景中使用,如计算机图形学中计算向量的方向、导航系统中确定目标的方位等。以下是不同编程语言的示例: - **JavaScript** ```javascript let angle = Math.atan2(4, 3); console.log(angle); ``` - **MATLAB** ```matlab angle = atan2(4, 3); disp(angle); ``` - **C++** ```cpp #include <iostream> #include <cmath> int main() { double x = 3.0; double y = 4.0; double angle = std::atan2(y, x); std::cout << "The angle is: " << angle << std::endl; return 0; } ``` #### atan 在只需要根据正切值计算角度,不关心点所在象限的场景中使用,如简单的数学计算。以下是不同编程语言的示例: - **JavaScript** ```javascript let angle = Math.atan(4/3); console.log(angle); ``` - **MATLAB** ```matlab angle = atan(4/3); disp(angle); ``` - **C++** ```cpp #include <iostream> #include <cmath> int main() { double ratio = 4.0 / 3.0; double angle = std::atan(ratio); std::cout << "The angle is: " << angle << std::endl; return 0; } ```
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