人教B版高中数学必修第三册第八章向量的数量积与三角恒等变换8.2.4三角恒等变换的应用课件+学案+作业含答案

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名称 人教B版高中数学必修第三册第八章向量的数量积与三角恒等变换8.2.4三角恒等变换的应用课件+学案+作业含答案
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资源类型 试卷
版本资源 人教B版(2019)
科目 数学
更新时间 2025-06-24 20:28:11

文档简介

课时作业(十九) 三角恒等变换的应用
(分值:80分)
一、选择题(每小题5分,共20分)
1.若α∈[,2π],则 =(  )
A.cos α-sin α B.cos α+sin α
C.-cos α+sin α D.-cos α-sin α
解析:因为α∈[,2π],所以sin α<0,cos α>0,则 - = =|cosα|-|sin α|=cos α-(-sin α)=cos α+sin α.
答案:B
2.已知α∈(0,π),sin (-α)=,则cos 2α=(  )
A. B.-
C.- D.
解析:因为α∈(0,π),-α∈(-),sin (-α)=>0,所以-α∈(0,),cos (-α)=,cos 2α=cos [2(-α)-]=sin [2(-α)]=2sin (-α)cos (-α)=2×=.
答案:A
3.在△ABC中,若sin A sin B=cos2,则△ABC是(  )
A.等边三角形 B.等腰三角形
C.不等边三角形 D.直角三角形
解析:由sinA sin B=cos2,得cos(A-B)-cos (A+B)=,∴cos (A-B)+cos C=cos C,即cos (A-B)=1,∴A-B=0,即A=B,∴△ABC是等腰三角形.
答案:B
4.函数f(x)=sin x(1+cos x)的最大值为(  )
A. B.
C. D.
解析:方法一 不妨设x∈[0,2π],则f′(x)=cos x+2cos2x-,
整理得到f′(x)=(2cos x-1)(cos x+1),
当x∈(0,,2π)时,f′(x)>0;当x∈()时,f′(x)<0,
故f(x)在(0,),(,2π)上为增函数,在()上为减函数,
而f(2π)=0,f()=,故f(x)的最大值为.
方法二 由万能公式得sin x=,cosx=,
代入原式并化简得f(x)=(1+)=,
令tan=t,因为题设中欲求最大值,故可设t>0,
故原式转化为f(t)====,
当且仅当t=时取等号,显然最大值为.故选D.
答案:D
二、填空题(每小题5分,共15分)
5.已知θ∈(0,),且cos 2θ=,则tan θ=________.
解析:由cos 2θ===,
所以3-3tan2θ=tan2θ,则tan2θ==,
由θ∈(0,),则tan θ=.
答案:
6.化简:=________.
解析:=
==4sin α.
答案:4sin α
7.在△ABC中,若tan A,tan B是x的方程x2-px+1-p=0的两个实根,则角C=________.
解析:对于方程x2-px+1-p=0,则Δ=p2-4(1-p)=p2+4p-4>0,解得p<-2-2或p>-2+2,
因为tan A,tan B是x的方程x2-px+1-p=0的两个实根,
由韦达定理可得tan A+tan B=p,tan A tan B=1-p,
所以tan (A+B)===1,
因为0答案:
三、解答题(共30分)
8.(15分)已知函数f(x)=cos2-sin2+sin x.
(1)求函数f(x)的最小正周期与对称轴方程;
(2)当x0∈(0,π),且f(x0)=时,求f(x0+)的值.
解析:(1)由题设有f(x)=cos x+sin x=sin (x+),
所以函数f(x)的最小正周期是T=2π;
由x+=kπ+(k∈Z),可得x=kπ+(k∈Z),
所以函数f(x)的对称轴方程为x=kπ+(k∈Z).
(2)由f(x0)=,得sin (x0+)=,即sin (x0+)=,
因为x0∈(0,π),所以x0+∈().
若x0+∈(),则sin (x0+)>与sin (x0+)=,矛盾,则x0+∈(,π).
从而cos (x0+)=-
=-=-.
于是f(x0+)=sin(x0+)
=sin [(x0+)+]
=[sin (x0+)cos +cos (x0+)sin ]
=)=.
9.(15分)回答下面两题.
(1)已知sin α+cos α=,α∈(0,π),求sin α-cos α的值.
(2)已知tan α=4,且sin (α-β)=,0<β<α<,求角β的值.
解析:(1)因为sin α+cos α=,两边平方后得1+2sin αcos α=,即2sin αcos α=-<0,因为α∈(0,π),
所以α∈(,π),所以sin α>0,cos α<0,
因为(sin α-cos α)2=1-2sin αcos α=1+=,sin α-cos α>0,
所以sin α-cos α=.
(2)因为0<β<α<,所以0<α-β<,
sin (α-β)=,所以cos (α-β)==,
由tanα=4,得
解得
sin β=sin [α-(α-β)]=sin αcos (α-β)-cos α·sin (α-β)==,且0<β<,
所以β=.
[尖子生题库]
10.(15分)某学校校园内有一个扇形空地AOB(∠AOB<π),该扇形的周长为20+,面积为,现要在扇形空地AOB内部修建一矩形运动场馆CDEF,如图所示.
(1)求扇形空地AOB的半径和圆心角;
(2)取CD的中点M,记∠MOD=θ.
(ⅰ)写出运动场馆CDEF的面积S与角θ的函数关系式;
(ⅱ)求当角θ为何值时,运动场馆CDEF的面积最大?并求出最大面积.
解析:(1)设扇形空地AOB所在圆半径为r,扇形弧长为l,依题意,
解得或
当时,圆心角∠AOB==>π,不符合题意;
当时,圆心角∠AOB==<π,符合题意,
所以扇形空地AOB的半径为10,圆心角为.
(2)(ⅰ)由(1)知,∠AOB=,则θ∈(0,),
在Rt△MOD中,OM=10cos θ,DM=10sin θ,则EN=DM=10sin θ,
在Rt△EON中,∠EON=,ON==10sin θ,
于是MN=OM-ON=10cos θ-10sin θ,
所以S=2EN·MN=20sin θ(10cos θ-10sin θ)=200sin θcos θ-200sin2θ=100sin 2θ-100(1-cos 2θ)=100(sin 2θ+cos 2θ)-100=200sin (2θ+)-100,θ∈(0,).
(ⅱ)由(ⅰ)知,当θ∈(0,)时,2θ+∈(),
则当2θ+=,即θ=时,Smax=200-100,
所以当θ=时,运动场馆CDEF的面积最大,最大面积为200-100.
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8.2.4 三角恒等变换的应用
【课程标准】 1.了解由倍角的变形公式推导半角的正弦、余弦和正切公式的过程.(一般)
2.掌握半角的正弦、余弦和正切公式,能正确运用这些公式进行简单的三角函数式的化简、求值和恒等式的证明.(重点、难点)
3.能根据两角和与差的正弦、余弦公式进行恒等变换,推导出积化和差与和差化积公式.



知识点二 积化和差公式
cos αcos β=______________________;
sin αsin β=______________________;
sin αcos β=______________________;
cos αsin β=______________________.
知识点三 和差化积公式
设α+β=x,α-β=y,则α=________,β=________.这样,上面的四个式子可以写成
sin x+sin y=________________;
sin x-sin y=________________;
cos x+cos y=________________;
cos x-cos y=________________.


【学霸笔记】 和差化积公式的适用条件是什么?
[提示] 只有系数绝对值相同的同名函数的和与差,才能直接运用公式化成积的形式,如果是一个正弦与一个余弦的和或差,则要先用诱导公式化成同名函数后再运用公式.





答案:C


答案:A

答案:D

答案:A








(2)求值:sin 20°sin 40°sin 60°sin 80°.
利用积化和差公式化简求值,注意角的变换,尽量出现特殊角.





2.积化和差公式的功能与关键
(1)功能:①把三角函数的一种形式(积的形式)转化为另一种形式(和差的形式).
②将角度化为特殊角求值或化简,将函数式变形以研究其性质.
(2)关键是正确地选用公式,以便把非特殊角的三角函数相约或相消,从而化为特殊角的三角函数.


题型3三角恒等式的证明
(1)求证:1+2cos2θ-cos2θ=2;


状元随笔 (1)可由左向右证:先把左边cos2θ降幂化为同角后整理可证.
(2)可先从左边表达式分母中升幂缩角入手,再通过改变函数结构向右边转化.
方法归纳
三角恒等式证明的五种常用方法
(1)执因索果法:证明的形式一般化繁为简.
(2)左右归一法:证明左右两边都等于同一个式子.
(3)拼凑法:针对题设和结论之间的差异,有针对性地变形,以消除它们之间的差异,简言之,即化异求同.
(4)比较法:设法证明“左边-右边=0”或“左边/右边=1”.
(5)分析法:从被证明的等式出发,逐步探求使等式成立的条件,一直到已知条件或明显的事实为止,就可以断定原等式成立.





状元随笔 利用三角公式化简函数式,写为f(x)=A sin(ωx+φ)+b的形式,再讨论函数的性质.
方法归纳
三角恒等变换与三角函数图象性质的综合问题的解题策略:运用三角函数的和、差、倍角公式将函数关系式化成y=a sin ωx+b cos ωx+k的形式,借助辅助角公式化为y=A sin (φx+k)(或y=A cos +φ的形式,将ωx+φ看作一个整体研究函数的性质.

能 力 提 升 练
1.已知2tan2β=tan2α-1,求证:sin2α-cos2α=sin2β.
教材反思
常用的三角恒等变换思想方法
(1)常值代换
用某些三角函数值或三角函数式来代替三角函数式中的某些常数,使之代换后能运用相关公式,化简得以顺利进行.我们把这种代换称为常值代换.

答案:B

答案:A

答案:B

答案:D






4sin α

7.在△ABC中,若tan A,tan B是x的方程x2-px+1-p=0的两个实根,则角C=________.




8.2.4 三角恒等变换的应用
【课程标准】 1.了解由倍角的变形公式推导半角的正弦、余弦和正切公式的过程.(一般)
2.掌握半角的正弦、余弦和正切公式,能正确运用这些公式进行简单的三角函数式的化简、求值和恒等式的证明.(重点、难点)
3.能根据两角和与差的正弦、余弦公式进行恒等变换,推导出积化和差与和差化积公式.
教 材 要 点
知识点一 半角公式
sin =____________,cos =______________,tan =________________.
【半角正切公式的有理化推导】
tan ===;
tan ===,
所以tan ==.
【学霸笔记】 如何确定半角的正弦、余弦和正切公式的符号?
[提示] (1)如果没有给出决定符号的条件,则在根号前保留正负两个符号.
(2)若给出角α的具体范围(即某一区间)时,则先求角所在范围,然后再根据角所在象限确定符号.
知识点二 积化和差公式
cos αcos β=________________;
sin αsin β=________________;
sin αcos β=________________;
cos αsin β=________________.
知识点三 和差化积公式
设α+β=x,α-β=y,则α=________,β=________.这样,上面的四个式子可以写成
sin x+sin y=________________;
sin x-sin y=________________;
cos x+cos y=________________;
cos x-cos y=________________.
【学霸笔记】 和差化积公式的适用条件是什么?
[提示] 只有系数绝对值相同的同名函数的和与差,才能直接运用公式化成积的形式,如果是一个正弦与一个余弦的和或差,则要先用诱导公式化成同名函数后再运用公式.
知识点四 万能公式
sin α=________________;
cos α=________________;
tan α=________________.
万能公式可以把角α的三角函数式转化为用tan 表示的式子.
基 础 自 测
1.若cos α=,α∈(0,π),则cos =(  )
A. B.-
C. D.-
2.cos 15°sin 105°=(  )
A. B.
C.+1 D.-1
3.若α∈(0,),sin 2α=cos2α,则cos2α=(  )
A.- B.-
C.0 D.
4.在△ABC中,已知sin B sin C=cos2,则△ABC的形状是(  )
A.等腰三角形 B.直角三角形
C.等腰或直角三角形 D.等边三角形
5.设α∈(π,2π),则=________.
题型1化简问题
例1已知π<α<,求的值.
状元随笔 解答本题可先用倍角公式“升幂”,再根据的范围开方化简.
方法归纳
要熟记一些可用公式的形式,如:1+cos α=2cos2,1-cosα=2sin2,1±sinα=(sin ±cos )2等,解题时应有意识地将这些形式变形寻求思路.
跟踪训练1 化简:(180°题型2求值问题
例2(1)已知tan (π+θ)=2,则cos (2θ+)=________.
(2)求值:sin 20°sin 40°sin 60°sin 80°.
利用积化和差公式化简求值,注意角的变换,尽量出现特殊角.
(3)已知cos α-cos β=,sin α-sin β=-,求sin (α+β)的值.
利用和差化积公式,对所求式子进行变形,利用所给条件求解.
(4)已知sin α=-,且π<α<,求sin ,cos ,tan 的值.
方法归纳
1.已知θ的某三角函数值,求的相应三角函数值时,常借助于半角公式sin2=,cos2=,tan ==来处理,由于上述式子中可能涉及解的不定性,故在求解中应注意分析的范围.
2.积化和差公式的功能与关键
(1)功能:①把三角函数的一种形式(积的形式)转化为另一种形式(和差的形式).
②将角度化为特殊角求值或化简,将函数式变形以研究其性质.
(2)关键是正确地选用公式,以便把非特殊角的三角函数相约或相消,从而化为特殊角的三角函数.
3.和差化积公式应用时的注意事项
(1)在应用和差化积公式时,必须是一次同名三角函数方可施行,若是异名,必须用诱导公式化为同名,若是高次函数,必须用降幂公式降为一次.
(2)根据实际问题选用公式时,应从以下几个方面考虑:
①运用公式之后,能否出现特殊角;
②运用公式之后,能否提取公因式,能否约分,能否合并或消项.
(3)为了能够把三角函数式化为积的形式,有时需要把某些常数当作三角函数值才能应用公式,如-cos α=cos -cos α.
跟踪训练2 已知sin (α+)=,α∈(π,).
(1)求sin (2α+)的值;
(2)求tan 的值.
题型3三角恒等式的证明
(1)求证:1+2cos2θ-cos2θ=2;
(2)求证:=.
状元随笔 (1)可由左向右证:先把左边cos2θ降幂化为同角后整理可证.
(2)可先从左边表达式分母中升幂缩角入手,再通过改变函数结构向右边转化.
方法归纳
三角恒等式证明的五种常用方法
(1)执因索果法:证明的形式一般化繁为简.
(2)左右归一法:证明左右两边都等于同一个式子.
(3)拼凑法:针对题设和结论之间的差异,有针对性地变形,以消除它们之间的差异,简言之,即化异求同.
(4)比较法:设法证明“左边-右边=0”或“左边/右边=1”.
(5)分析法:从被证明的等式出发,逐步探求使等式成立的条件,一直到已知条件或明显的事实为止,就可以断定原等式成立.
跟踪训练3 证明恒等式:=tan ().
题型4三角恒等变换与三角函数图象性质的综合应用
【思考探究】 (1)如何求函数y=sin (2x-)+2sin2(x-)(x∈R)的最小正周期?
[提示] y=sin(2x-)+1-cos (2x-)
=sin (2x-)+1=sin (2x-)+1,
所以函数的最小正周期T=π.
(2)研究形如f(x)=a sin2ωx+b sinωx cos ωx+c cos2ωx的性质时,应首先把函数f(x)化简成什么形式再解答?
[提示] 研究形如f(x)=a sin2ωx+b sinωx·cos ωx+c cos2ωx的性质时,先化成f(x)=·sin (ωx+φ)+c的形式再解答.
例4已知函数f(x)=sin (2x-)+2sin2(x-)(x∈R).
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)求使函数f(x)取得最大值的x的集合.
状元随笔 利用三角公式化简函数式,写为f(x)=A sin(ωx+φ)+b的形式,再讨论函数的性质.
方法归纳
三角恒等变换与三角函数图象性质的综合问题的解题策略:运用三角函数的和、差、倍角公式将函数关系式化成y=a sin ωx+b cos ωx+k的形式,借助辅助角公式化为y=A sin (φx+k)(或y=A cos +φ的形式,将ωx+φ看作一个整体研究函数的性质.
跟踪训练4 已知函数f(x)=2sin2ωx+2·cosωx sin ωx(ω>0)的最小正周期T=π.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)求函数f(x)的单调区间;
(3)求不等式f(x)>+1的解集.
能 力 提 升 练
1.已知2tan2β=tan2α-1,求证:sin2α-cos2α=sin2β.
2.如图,长方形ABCD,AB=4,AD=8,Rt△MPN的直角顶点P为AD中点,点M,N分别在边AB,CD上,令∠DPN=θ(≤θ≤).
(1)当tanθ=时,求梯形BCNM的面积S;
(2)求△MPN的周长l的最小值,并求此时角θ的值.
教材反思
常用的三角恒等变换思想方法
(1)常值代换
用某些三角函数值或三角函数式来代替三角函数式中的某些常数,使之代换后能运用相关公式,化简得以顺利进行.我们把这种代换称为常值代换.
(2)切化弦
当待化简式中既含有正弦、余弦,又含有正切,利用同角的基本三角函数关系式tan α=,将正切化为正弦和余弦,这就是“切化弦”的思想方法,切化弦的好处在于减少了三角函数名称.
(3)降幂与升幂
由C2α变形后得到公式:sin2α=(1-cos2α),cos2α=(1+cos2α),运用它就是降幂.反过来,直接运用倍角公式或变形公式1+cos 2α=2cos2α,1-cos2α=2sin2α,就是升幂.
(4)角的变换
角的变换沟通了已知角与未知角之间的联系,使公式顺利运用,解题过程被简化.常见的角的变换有:α=(α+β)-β,α=β-(β-α),α=[(α+β)+(α-β)],α=[(α+β)-(β-α)],α+β=(2α+β)-α等.
温馨提示:请完成课时作业(十九)
     章末质量检测(二) 必修三 模块质量检测
8.2.4 三角恒等变换的应用
新知初探·自主学习
[教材要点]
知识点一
±  ±  
± ==
知识点二
[cos (α+β)+cos (α-β)] -[cos (α+β)-cos (α-β)]
[sin (α+β)+sin (α-β)] [sin (α+β)-sin (α-β)]
知识点三
 2sin cos  2cos sin  2cos cos  -2sin sin
知识点四
[基础自测]
1.解析:由题意知∈(0,),∴cos>0,
cos = =.
答案:C
2.解析:cos 15°sin 105°=[sin (15°+105°)-sin (15°-105°)]=[sin 120°-sin (-90°)]=×1=.
答案:A
3.解析:因为α∈(0,),sin 2α=cos2α,所以cosα≠0,且2sin αcos α=cos2α,解得tanα=,所以cos 2α=cos2α-sin2α===.故选D.
答案:D
4.解析:因为sinB sin C=cos2=(1+cosA)=[1-cos (B+C)],
cos (B+C)=cos B cos C-sin B sin C,
所以cos B cos C+sin B sin C=1,即cos (B-C)=1,
因为B,C∈(0,π),所以B-C∈(-π,π),
所以B=C,即△ABC为等腰三角形.故选A.
答案:A
5.解析: = = =.
∵α∈(π,2π),∴∈(,π),∴sin >0,故原式=sin .
答案:sin
课堂探究·素养提升
例1 【解析】 原式=
∵π<α<,∴<<,∴cos <0,sin >0,
∴原式=
=-=-cos .
跟踪训练1 解析:因为180°所以原式=


=-(sin2-cos2)=cosx.
例2 【解析】 (1)∵tan (π+θ)=2,∴tan θ=2,
∴cos (2θ+)=-sin 2θ=-=-=-=-.
(2)原式=cos10°cos 30°cos 50°cos 70°
=cos 10°cos 50°cos 70°
=(cos 60°+cos 40°)·cos 70°]
=cos 70°+cos 40°cos 70°
=cos 70°+(cos 110°+cos 30°)
=cos 70°+cos 110°+=.
(3)∵cos α-cos β=,
∴-2sin sin =, ①
又∵sin α-sin β=-,
∴2cos sin =-, ②
∵sin ≠0,
∴由①②得-tan =-,即tan =,
∴sin (α+β)====.
(4)因为sinα=-,π<α<,
所以cos α=-.
又<<,
所以sin = = =,
cos =- =- =-,
tan ==-4.
【答案】 (1)- (2)(3)(4)见解析
跟踪训练2 解析:(1)因为sin (α+)=-cos α=,所以cos α=-,
因为α∈(π,),
所以sin α=-=-=-,
sin 2α=2sin αcos α=2×(-)×(-)=,
cos 2α=2cos2α-1=2×(-)2-1=-,
所以sin(2α+)=sin 2α+cos 2α=×(-)=.
(2)方法一 因为α∈(π,),所以∈(),
则sin >0,cos <0,
所以sin = =,cos =- =-,则tan ===-2.
方法二 tan ===
==-2.
方法三 tan α====,解得tan=或-2,
因为α∈(π,),所以∈(),则tan <0,
故tan =-2.
例3 【证明】 (1)左边=1+2×-cos 2θ=2=右边,所以原等式成立.
(2)左边=

=====右边,
所以原等式成立.
跟踪训练3 证明:右边=tan ()=
==

===左边,
∴=tan ().
例4 【解析】 (1)因为f(x)=sin (2x-)+2sin2(x-)
=sin[2(x-)]+1-cos [2(x-)]
=2{sin [2(x-)]-cos [2(x-)]}+1
=2sin [2(x-)-]+1=2sin (2x-)+1,
所以T==π.
(2)当f(x)取得最大值时,sin (2x-)=1,
有2x-=2kπ+,即x=kπ+(k∈Z),
所以所求x的集合为{x|x=kπ+,k∈Z}.
跟踪训练4 解析:(1)依题意,f(x)=sin 2ωx-cos 2ωx+1=2(sin 2ωx-cos 2ωx)+1
=2(sin 2ωx cos -cos 2ωx sin )+1
=2sin (2ωx-)+1,
由f(x)的最小正周期T==π,解得ω=1,则f(x)=2sin (2x-)+1.
(2)令2kπ-≤2x-≤2kπ+(k∈Z),解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
所以f(x)的单调递增区间为[kπ-,kπ+](k∈Z);
令2kπ+≤2x-≤2kπ+(k∈Z),解得kπ+≤x≤kπ+(k∈Z),
所以f(x)的单调递减区间为[kπ+,kπ+](k∈Z).
(3)由f(x)>+1,得2sin (2x-)+1>+1,
即sin (2x-)>,
则2kπ+<2x-<2kπ+(k∈Z),解得x∈(kπ+,kπ+)(k∈Z),
所以不等式f(x)>+1的解集为(kπ+,kπ+)(k∈Z).
能力提升练
1.证明:因为2tan2β=tan2α-1,所以tan2α=2tan2β+1,
即=2×+1,
去分母,得sin2αcos2β=2cos2αsin2β+cos2αcos2β.
又2cos2αsin2β+cos2αcos2β
=2cos2α(1-cos2β)+cos2αcos2β=2cos2α-cos2αcos2β=cos2α(2-cos2β)=cos2α(1+sin2β),
所以sin2αcos2β=cos2α(1+sin2β),
即sin2α(1-sin2β)=cos2α+cos2αsin2β,
所以sin2α-sin2αsin2β=cos2α+cos2αsin2β,
于是sin2α-cos2α=(sin2α+cos2α)sin2β=sin2β,
故sin2α-cos2α=sin2β.
2.解析:(1)DN=DP tanθ=4×=2,
∵∠DPN=∠PMA=θ,∴tan ∠PMA==,∴AM=4×=,∴NC=2,MB=,∴S=(2)×8×=.
(2)由(1)可知,PN=,PM=∴MN=4 =4=,∴l==4(),
sin θ+cos θ=sin (θ+),∵θ+∈,
∴sin (θ+)∈,
令sin θ+cos θ=t∈,则sin θcos θ=(t2-1),即l==,
当t=,即θ=时,lmin==8(+1).
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