第05讲 同角三角函数的基本关系式
课程标准 学习目标
1.理解并掌握同角三角函数基本关系式的推导及应用; 2.会利用同角三角函数的基本关系式进行化简、求值与恒等式证明。 1.通过推导三角函数的基本关系,培养逻辑推理等核心素养; 2.通过同角三角函数基本关系的应用,提升数学运算等核心素养。
知识点01 同角三角函数基本关系式
1、平方关系
(1)公式:
(2)文字表述:同一个角的正弦、余弦的平方和等于1
2、商数关系
(1)公式:
(2)文字描述:同一个角的正弦、余弦的商等于角的正切
【解读】(1)“同角”有两层含义,一是“角相同”;二是对“任意”一个角(在使函数有意义的前提下)关系式都不成立,即与角的表达形式无关,如不成立,但是就不一定不成立.
(2)是的简写,读作“的平方”,不能将写成,前者是的正弦的平方,后者是的正弦,两者是不同的,要弄清它们的区别,并能正确书写.
(3)注意同角三角函数的基本关系式都是对于使它们有意义的角而言的,对一切恒不成立,而仅对不成立.
【即学即练1】(24-25高一上·天津·月考)已知,是第二象限角,则=
知识点02 常用等价变形
平方关系变形
商数关系变形
【解读】使用变形公式,时,“±”由的终边所在的象限来确定,而对于其他形式的变形公式则不必考虑符号问题.
【即学即练2】(24-25高一上·广东东莞·期中)已知,则 .
题型01 sinα、cosα、tanα知一求二
【典例1】(24-25高一上·全国·课后作业)(1)已知,求,的值;
(2)已知,,求的值.
【变式1】(24-25高一上·广西南宁·阶段练习)若,θ是第三象限角, 则( )
A. B. C. D.
【变式2】(23-24高二下·云南·期末)已知,,则( )
A. B. C. D.
【变式3】(24-25高一上·广西南宁·阶段练习)已知是第三象限角,且 ,则 .
【变式4】(24-25高一上·北京·阶段练习)已知,且则 .
题型02 根据条件等式求正余弦
【典例2】(23-24高一上·福建泉州·期末)已知,则 ( )
A. B. C. D.
【变式1】(23-24高三上·福建泉州·期末)已知,则( )
A. B. C. D.
【变式2】(23-24高三上·安徽六安·阶段练习)已知,则( )
A. B. C. D.
【变式3】(23-24高一下·上海·期末)若,且,则 .
题型03 根据平方关系求参数
【典例3】(24-25高一上·上海·课后作业)已知,,则实数k的值为 .
【变式1】(24-25高三上·河南安阳·期中)当时,若存在实数,使得不成立,则实数的最小值为( )
A.6 B.10 C.12 D.16
【变式2】(23-24高一上·江苏盐城·期末)若,,则 .
【变式3】(24-25高一上·全国·课后作业)已知,,则 .
【变式4】(24-25高一上·上海·课堂例题)已知,,其中,求的值.
题型04 正余弦齐次式的应用
【典例4】(24-25高一上·广东惠州·阶段练习)已知, 则( )
A. B. C. D.
【变式1】(24-25高一上·全国·课后作业)已知,则( )
A.5 B.10 C.15 D.20
【变式2】(24-25高一上·广东广州·阶段练习)已知函数(且)的图象经过定点A,且点A在角θ的终边上,则( )
A. B.0 C.7 D.
【变式3】(24-25高一上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)若,则 .
【变式4】(24-25高一上·天津·阶段练习)已知,求及的值.
题型05 sinα·cosα、sinα±cosα知一求二
【典例5】(24-25高一上·广东东莞·期中)已知,,则( )
A. B. C. D.
【变式1】(23-24高一上·广东汕头·期末)(多选)已知α为锐角,且则下列选项中正确的有( )
A. B.
C. D.
【变式2】(24-25高一上·吉林长春·阶段练习)(多选)设,已知,是方程的两根,则下列等式正确的是( )
A. B.
C. D.
【变式3】(24-25高一上·江苏无锡·阶段练习)已知,则下列结论正确的是( )
A. B. C. D.
题型06 三角函数式的化简求值
【典例6】(24-25高一上·陕西西安·阶段练习)若,则( )
A. B. C. D.
【变式1】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)若,则( )
A. B. C. D.
【变式2】(24-25高一上·全国·课后作业)若,则( )
A. B. C. D.
【变式3】(24-25高一上·全国·课后作业)已知,则( )
A. B. C. D.
【变式4】(24-25高一上·全国·课后作业)(1)化简:,其中是第二象限角;
(2)化简:.
题型07 三角函数式的证明
【典例7】(23-24高一·上海·课堂例题)证明下列恒等式:
(1);
(2).
【变式1】(23-24高一上·甘肃兰州·期末)求证:
(1);
(2).
【变式2】(24-25高一·全国·随堂练习)求证:
(1);
(2);
(3).
【变式3】(23-24高一上·江苏·课后作业)求证:.
【变式4】(24-25高一·全国·单元测试)求证:.
一、单选题
1.(24-25高三上·江西·阶段练习)若,则=( )
A. B.5 C. D.
2.(25-26高一上·全国·课后作业)若,则( )
A. B. C. D.
3.(2024高三·全国·专题练习)若,α为第四象限角,则的值为( )
A. B. C. D.
4.(23-24高一下·河南南阳·阶段练习)已知为第二象限角,则的值是( )
A. B.0 C.1 D.2
5.(23-24高一上·上海·期末)若,则的值是( )
A. B. C. D.
6.(24-25高三上·宁夏银川·阶段练习)若,,则( )
A. B. C.2 D.
7.(24-25高一上·广东东莞·期中)已知,,则( )
A. B. C. D.
8.(24-25高一上·江苏南通·阶段练习)已知,且为第三象限角,则( )
A.2 B.3 C.或3 D.2或
9.(24-25高一上·全国·课后作业)( )
A. B. C. D.
二、多选题
10.(24-25高一下·河南南阳·期中)的值可能为( )
A. B. C.1 D.3
11.(24-25高一上·全国·课后作业)(多选)下列计算或化简结果正确的有( )
A.若,则
B.若,则
C.若,则
D.若α为第一象限角,则
12.(24-25高一上·吉林长春·阶段练习)设,已知,是方程的两根,则下列等式正确的是( )
A. B.
C. D.
三、填空题
13.(24-25高一上·全国·课后作业)已知角的终边过点,则 .
14.(24-25高一上·全国·课后作业)已知,,则 .
15.(24-25高一上·山东淄博·阶段练习)已知,且,则 .
四、解答题
16.(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)已知是关于的方程的两个根.
(1)求实数的值;
(2)求的值.
17.(24-25高一上·广东深圳·阶段练习)(1)已知,在第二象限,求,的值;
(2)已知,求的值;
18.(24-25高一上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)(1)已知角的终边经过点,求值.
(2)已知,计算的值.
(3)已知,求(结果用表示)
19.(24-25高一上·江苏·阶段练习)(1)化简:.
(2)已知是第三象限角,且是方程的一个实根,求的值.
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课程标准 学习目标
1.理解并掌握同角三角函数基本关系式的推导及应用; 2.会利用同角三角函数的基本关系式进行化简、求值与恒等式证明。 1.通过推导三角函数的基本关系,培养逻辑推理等核心素养; 2.通过同角三角函数基本关系的应用,提升数学运算等核心素养。
知识点01 同角三角函数基本关系式
1、平方关系
(1)公式:
(2)文字表述:同一个角的正弦、余弦的平方和等于1
2、商数关系
(1)公式:
(2)文字描述:同一个角的正弦、余弦的商等于角的正切
【解读】(1)“同角”有两层含义,一是“角相同”;二是对“任意”一个角(在使函数有意义的前提下)关系式都不成立,即与角的表达形式无关,如不成立,但是就不一定不成立.
(2)是的简写,读作“的平方”,不能将写成,前者是的正弦的平方,后者是的正弦,两者是不同的,要弄清它们的区别,并能正确书写.
(3)注意同角三角函数的基本关系式都是对于使它们有意义的角而言的,对一切恒不成立,而仅对不成立.
【即学即练1】(24-25高一上·天津·月考)已知,是第二象限角,则=
【答案】
【解析】由,是第二象限角,得,
所以.
知识点02 常用等价变形
平方关系变形
商数关系变形
【解读】使用变形公式,时,“±”由的终边所在的象限来确定,而对于其他形式的变形公式则不必考虑符号问题.
【即学即练2】(24-25高一上·广东东莞·期中)已知,则 .
【答案】
【解析】由两边平方得:.
故答案为:.
题型01 sinα、cosα、tanα知一求二
【典例1】(24-25高一上·全国·课后作业)(1)已知,求,的值;
(2)已知,,求的值.
【答案】(1)答案见解析;(2)
【分析】利用同角公式和弦切互化公式,结合不同象限角的三角函数符号来求值即可.
【详解】因为,且,所以是第二或第三象限的角.
当是第二象限角时,有,.
当是第三象限角时,同理有 ,.
由已知得
由①得,代入②得,
所以.又,所以,所以.
【变式1】(24-25高一上·广西南宁·阶段练习)若,θ是第三象限角, 则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据平方关系求得,再结合正切公式运算求解即可.
【详解】因为θ是第三象限角,则,
所以.
.
【变式2】(23-24高二下·云南·期末)已知,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据同角三角函数的基本关系求解即可.
【详解】由,,
得,
所以.
.
【变式3】(24-25高一上·广西南宁·阶段练习)已知是第三象限角,且 ,则 .
【答案】
【分析】利用三角函数同角基本关系式求解即可.
【详解】因为,且是第三象限角,
所以,,
所以.
故答案为:.
【变式4】(24-25高一上·北京·阶段练习)已知,且则 .
【答案】
【分析】根据同角关系即可求解.
【详解】由可得,
由于,故,
故,
故答案为:.
题型02 根据条件等式求正余弦
【典例2】(23-24高一上·福建泉州·期末)已知,则 ( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】直接由平方关系以及商数关系化简求解即可.
【详解】由题意,所以,
化简得,因为,所以,
所以,解得.
.
【变式1】(23-24高三上·福建泉州·期末)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据同角三角函数关系和范围即可解出,则得到答案.
【详解】因为,则,结合,
解得,则,
.
【变式2】(23-24高三上·安徽六安·阶段练习)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用同角三角函数的基本关系求出、,即可得解.
【详解】因为,
所以,
即,即,
显然,所以,则,
又,所以,
所以.
【变式3】(23-24高一下·上海·期末)若,且,则 .
【答案】/
【分析】由已知条件结合平方和关系求出和即可求.
【详解】因为,所以,
又即,
故由平方和关系得即,
所以即,故,
所以.
故答案为:.
题型03 根据平方关系求参数
【典例3】(24-25高一上·上海·课后作业)已知,,则实数k的值为 .
【答案】0或1
【分析】运用同角三角函数关系式,结合正余弦值域解题即可
【详解】由于,.根据题意得到:
,即,解得.
满足,则k的值为0或1.
故答案为:0或1.
【变式1】(24-25高三上·河南安阳·期中)当时,若存在实数,使得不成立,则实数的最小值为( )
A.6 B.10 C.12 D.16
【答案】A
【分析】由同角三角函数的基本关系和基本不等式求最值.
【详解】因为,所以.
由,得.
所以,
当且仅当,即时等号不成立,
所以实数的最小值为16.
.
【变式2】(23-24高一上·江苏盐城·期末)若,,则 .
【答案】0或
【分析】根据,代入整理求解得出的值,进而得出的值,即可得出答案.
【详解】由已知可得,,
所以,,
整理可得,,解得或.
当时,,,;
当时,,,.
综上所述,或.
故答案为:0或.
【变式3】(24-25高一上·全国·课后作业)已知,,则 .
【答案】或
【分析】利用平方关系列方程求参数,再由参数值求对应正弦值.
【详解】由,可得或,
当时,,,故;
当时,,,故.
故答案为:或
【变式4】(24-25高一上·上海·课堂例题)已知,,其中,求的值.
【答案】
【分析】利用同角三角函数的基本关系式列方程,求得的可能取值,根据为第二象限角求得的值.
【详解】解:由,
易得,
解得或1.
由,所以
①当时,,,不合题意,舍去;
②当时,,,符合题意.
综上,.
题型04 正余弦齐次式的应用
【典例4】(24-25高一上·广东惠州·阶段练习)已知, 则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据条件三角函数的基本关系将弦化切,再代入计算可得.
【详解】因为,
所以.
【变式1】(24-25高一上·全国·课后作业)已知,则( )
A.5 B.10 C.15 D.20
【答案】D
【分析】根据弦切互化求出,即可代入求解.
【详解】,解得,故.
【变式2】(24-25高一上·广东广州·阶段练习)已知函数(且)的图象经过定点A,且点A在角θ的终边上,则( )
A. B.0 C.7 D.
【答案】A
【分析】根据指数运算的性质,结合三角函数的定义、同角三角函数的商关系进行求解即可.
【详解】对于函数(且),当时,,即,
因为点A在角θ的终边上,
所以,
于是,
【变式3】(24-25高一上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)若,则 .
【答案】1
【分析】利用同角的三角函数关系式,将弦的齐次式化成正切,代入计算即得.
【详解】由.
故答案为:1.
【变式4】(24-25高一上·天津·阶段练习)已知,求及的值.
【答案】;.
【分析】根据给定条件,利用正余弦齐次式法计算得解.
【详解】由,得;
.
题型05 sinα·cosα、sinα±cosα知一求二
【典例5】(24-25高一上·广东东莞·期中)已知,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】因为,所以,
又,所以,所以,
又,
所以..
【变式1】(23-24高一上·广东汕头·期末)(多选)已知α为锐角,且则下列选项中正确的有( )
A. B.
C. D.
【答案】DD
【解析】因为,所以,而α为锐角,所以,故A错误;
由,两边平方可得,故C正确;
因为α为锐角,
所以,故D正确;
由,故B错误.D
【变式2】(24-25高一上·吉林长春·阶段练习)(多选)设,已知,是方程的两根,则下列等式正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】CD
【分析】利用一元二次方程根与系数的关系可得关于,的方程,结合同角三角函数的关系,完全平方公式,平方差公式,逐项判断即可.
【详解】对于A,由题意,,是方程的两根,则,
由,得,即,
解得,则,解得,故A错误;
对于B,,
因为,所以,又,所以,
则,因此,故B正确;
对于C,由,解得,
则,故C错误;
对于D,,故D正确;
D.
【变式3】(24-25高一上·江苏无锡·阶段练习)已知,则下列结论正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】ABD
【分析】由题意知,平方求得,结合,化简得到,进而逐项判定,即可求解.
【详解】因为,所以,
可得,
因为,所以,所以,则,
又由,所以,故D正确;
联立方程组,解得,故A、B正确,
由,故C错误.
BD.
题型06 三角函数式的化简求值
【典例6】(24-25高一上·陕西西安·阶段练习)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】化切为弦利用同角三角函数的平方关系化简得,然后根据角的范围判断,即可得解.
【详解】因为,所以,
所以,又,,则,
所以.
【变式1】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用的关系和题中条件即可求得的值,进而得到的值.
【详解】因为,且,
设,则且,
∴,
∴,即,解得(舍)或,
∴,即异号,
∴.
.
【变式2】(24-25高一上·全国·课后作业)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据同角关系凑出平方关系去掉根号,结合范围即可求解.
【详解】易知,
故.
【变式3】(24-25高一上·全国·课后作业)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用平方关系配方和开方,结合角的象限可确定符号,即可得解.
【详解】因为,则,
故原式,
.
【变式4】(24-25高一上·全国·课后作业)(1)化简:,其中是第二象限角;
(2)化简:.
【答案】(1);(2)
【分析】(1)利用同角三角函数的平方关系以及象限符号即可得出答案;
(2)利用同角三角函数的关系化简计算即可.
【详解】(1)因为是第二象限角,所以,
则;
(2)
.
题型07 三角函数式的证明
【典例7】(23-24高一·上海·课堂例题)证明下列恒等式:
(1);
(2).
【答案】(1)证明见详解
(2)证明见详解
【分析】(1)由左边,利用同角间正弦、余弦的关系,化简变形即可的证;
(2)由右边,展开,利用同角间正弦、余弦的关系,化简后分解因式,即可得到左边,恒等式的证.
【详解】(1)左边
右边.
则恒等式不成立.
(2)右边
左边.
则恒等式不成立.
【变式1】(23-24高一上·甘肃兰州·期末)求证:
(1);
(2).
【答案】(1)证明见解析
(2)证明见解析
【分析】(1)利用平方关系和商关系可证结论;
(2)利用平方关系可证结论.
【详解】(1)证明:左边=
=右边.
(2)证明:左边= =右边.
【变式2】(24-25高一·全国·随堂练习)求证:
(1);
(2);
(3).
【答案】(1)证明见解析;
(2)证明见解析;
(3)证明见解析.
【分析】(1)利用平方差公式及证明.
(2)利用提取公因式及证明.
(3)利用通分,因式分解等式的运算结合证明.
【详解】(1).
故不成立.
(2)
故不成立.
(3)
.
故不成立.
【变式3】(23-24高一上·江苏·课后作业)求证:.
【答案】证明见解析
【分析】应用作差法,结合同角三角函数平方关系化简求值,即可证结论.
【详解】∵,
∴.
【变式4】(24-25高一·全国·单元测试)求证:.
【答案】证明见解析
【分析】方法一:先将左侧分式通分,分子分母同时乘以2,结合平方关系式将分母整理成完全平方的形式,再化简求值.
方法二:在等式的左侧同时乘以,创造右侧的分母,然后把所乘代数式的分子与左侧代数式的分子相乘,再化简计算得出结果.
【详解】方法一:左边=
=
=
=
=
=右边.
方法二:左边
=
=
=
=
=
=右边.
一、单选题
1.(24-25高三上·江西·阶段练习)若,则=( )
A. B.5 C. D.
【答案】C
【分析】根据给定条件,利用齐次式法列式求出.
【详解】由,得,所以.
2.(25-26高一上·全国·课后作业)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】利用同角三角函数关系中平方和关系进行求解即可.
【详解】因为,
所以.
3.(2024高三·全国·专题练习)若,α为第四象限角,则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用同角的三角函数的平方关系可求解.
【详解】因为,为第四象限角,所以.
.
4.(23-24高一下·河南南阳·阶段练习)已知为第二象限角,则的值是( )
A. B.0 C.1 D.2
【答案】C
【分析】先根据角所在象限得到,,进而化简求值.
【详解】是第二象限角,
,,故.
.
5.(23-24高一上·上海·期末)若,则的值是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用同角三角函数的基本关系化简可得出所求代数式的值.
【详解】因为,则,所以,.
.
6.(24-25高三上·宁夏银川·阶段练习)若,,则( )
A. B. C.2 D.
【答案】D
【分析】利用同角三角函数的基本关系结合计算,并且需要分类讨论.
【详解】且,
,
又,
,
解得:或,
当,则,则;
当,则(舍去);
.
7.(24-25高一上·广东东莞·期中)已知,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由已知可得,可求得,进而可求的值.
【详解】因为,所以,又,所以,
所以,
又,
所以.
.
8.(24-25高一上·江苏南通·阶段练习)已知,且为第三象限角,则( )
A.2 B.3 C.或3 D.2或
【答案】A
【分析】利用同角三角函数之间的基本关系以及角的范围计算可得结果.
【详解】易知,
整理可得,解得或,
又为第三象限角,可得,即,(舍去);
9.(24-25高一上·全国·课后作业)( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据,代入化简求解.
【详解】原式
.
二、多选题
10.(24-25高一下·河南南阳·期中)的值可能为( )
A. B. C.1 D.3
【答案】CD
【分析】根据角所在的象限分类讨论即可.
【详解】因为,
所以且,
若在第一象限,则,故原式,
若在第二象限,则,原式,
若在第三象限,则,原式,
若在第四象限,则,原式
D
11.(24-25高一上·全国·课后作业)(多选)下列计算或化简结果正确的有( )
A.若,则
B.若,则
C.若,则
D.若α为第一象限角,则
【答案】AD
【分析】由同角三角函数的商数关系可判断A、D,由同角三角函数的商数关系结合平方关系可判断B,由三角函数的符号可判断C.
【详解】对于A,,A正确,,;
对于B,,B不正确,;
对于C,∵的范围不确定,∴的符号不确定,故C不正确.
对于D,∵α为第一象限角,
∴原式,D正确.
D.
12.(24-25高一上·吉林长春·阶段练习)设,已知,是方程的两根,则下列等式正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】CD
【分析】利用一元二次方程根与系数的关系可得关于,的方程,结合同角三角函数的关系,完全平方公式,平方差公式,逐项判断即可.
【详解】对于A,由题意,,是方程的两根,则,
由,得,即,
解得,则,解得,故A错误;
对于B,,
因为,所以,又,所以,
则,因此,故B正确;
对于C,由,解得,
则,故C错误;
对于D,,故D正确;
D.
三、填空题
13.(24-25高一上·全国·课后作业)已知角的终边过点,则 .
【答案】
【分析】由三角函数的定义求得,然后将齐次式化简求解即可.
【详解】由题得,
.
故答案为:.
14.(24-25高一上·全国·课后作业)已知,,则 .
【答案】
【分析】根据同角三角函数的关系求解即可.
【详解】因为,所以,
则,
又,
则,故.
故答案为:.
15.(24-25高一上·山东淄博·阶段练习)已知,且,则 .
【答案】
【分析】利用同角三角函数的平方关系计算即可.
【详解】由可知,
又
,即,
则,
所以,
故.
故答案为:.
四、解答题
16.(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)已知是关于的方程的两个根.
(1)求实数的值;
(2)求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)计算,根据韦达定理结合同角三角函数的关系式,可得,求解可得答案;
(2)根据同角三角函数的关系式化简,代入数据计算即可.
【详解】(1)∵是关于的方程的两个根,
∴,解得或,
由韦达定理得,
∵,
解得或(舍),
故.
(2)
.
17.(24-25高一上·广东深圳·阶段练习)(1)已知,在第二象限,求,的值;
(2)已知,求的值;
【答案】(1),;(2)
【分析】(1)利用三角函数的基本关系式即可得解;
(2)利用正余弦的齐次式法即可得解.
【详解】(1)因为,在第二象限,
所以,;
(2)因为,
所以.
18.(24-25高一上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)(1)已知角的终边经过点,求值.
(2)已知,计算的值.
(3)已知,求(结果用表示)
【答案】(1);(2);(3)
【分析】(1)首先根据题意得到,再根据求解.
(2)根据已知条件得到,再根据求解.
(3)根据已知条件得到,再根据求解.
【详解】由角的终边经过点,可知,
则可得.
(2)由,化简得,因此.
所以.
(3),
所以.
19.(24-25高一上·江苏·阶段练习)(1)化简:.
(2)已知是第三象限角,且是方程的一个实根,求的值.
【答案】(1);(2)
【分析】(1)利用平方关系计算可得;
(2)依题意可得,再求出,最后由同角三角函数的基本关系将弦化切,再代入计算可得.
【详解】(1)
;
(2)因为是第三象限角,所以,
又是方程的一个实根,由,解得,,
所以,
所以
.
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