(新教材)高中数学人教B版必修第三册 8.2.4 三角恒等变换的应用(课件2份+学案+课后作业)

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名称 (新教材)高中数学人教B版必修第三册 8.2.4 三角恒等变换的应用(课件2份+学案+课后作业)
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资源类型 教案
版本资源 人教B版(2019)
科目 数学
更新时间 2020-04-08 10:39:47

文档简介

8.2.4 三角恒等变换的应用
第1课时 半角的正弦、余弦和正切
学 习 目 标
核 心 素 养
1.了解由二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)
1.通过半角的正弦、余弦和正切公式的推导,培养学生的逻辑推理的核心素养.
2.借助半角的正弦、余弦和正切公式的应用,提升学生的数学运算和逻辑推理核心素养.
半角公式
sin=±,cos=±,
tan=±==.
思考: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.
1.若cos α=,α∈(0,π),则cos 的值为(  )
A.  B.-   
C.    D.-
C [由题意知∈,∴cos >0,
cos ==.]
2.下列各式与tan α相等的是(  )
A.    B.
C. D.
D [===|tan α|;
==tan ;
==;
==tan α.]
3.设α∈(π,2π),则等于________.
sin  [===.
∵α∈(π,2π),∴∈,∴sin >0,故原式=sin .]
化简问题
【例1】 已知π<α<,求+
的值.
[思路探究] 解答本题可先用二倍角公式“升幂”,再根据的范围开方化简.
[解] 原式=+
∵π<α<,∴<<,∴cos <0,sin >0.
∴原式=+
=-+=-cos .
要熟记一些可用公式的形式,如:1+cos α=2 cos2,1-cos α=2 sin2,1±sin α=等,解题时应有意识地将这些形式变形寻求思路.
1.已知<θ<2π,试化简:-.
[解] ∵<θ<2π,∴<<π,
∴0<sin<,-1<cos<-,
从而sin+cos<0,sin-cos>0.
∴原式=-
=-
=--
=-2sin .
求值问题
【例2】 已知|cos θ|=,且<θ<3π,求sin ,cos ,tan 的值.
[思路探究] ―→
―→―→求
[解] 由<θ<3π,且|cos θ|=可知,
cos θ=-,∈.
由sin2===,
∴sin =-=-.
由cos2===,
∴cos =-.
∴tan ===2.
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,故在求解中应注意求的范围.
2.已知sin -cos =-,450°<α<540°,求sin α及tan 的值.
[解] =1-sin α=,
∴sin α=,
∴sin cos ==,
∴==,
解得tan =2或tan =.
∵450°<α<540°,
∴225°<<270°,
∴tan >1,∴tan =2.
综上可知sin α=,tan =2.
三角恒等式的证明
【例3】(1)求证:1+2cos2θ-cos 2θ=2.
(2)求证:
=.
[思路探究](1)可由左向右证:先把左边cos2 θ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.
[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.
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.
3.已知0<α<,0<β<,且3sin β=sin(2α+β),4tan =1-tan2,求证:α+β=.
[证明] ∵3sin β=sin(2α+β),
即3sin(α+β-α)=sin(α+β+α),
∴3sin(α+β)cos α-3cos(α+β)sin α
=sin(α+β)cos α+cos(α+β)sin α,
∴2sin(α+β)cos α=4cos(α+β)sin α,
∴tan(α+β)=2tan α.
又∵4tan =1-tan2,
∴tan α==,
∴tan(α+β)=2tan α=1,
∵α+β∈,∴α+β=.
三角恒等变换与三角函数图像性质的综合应用
[探究问题]
1.如何求函数y=sin+2sin2(x∈R)的最小正周期?
[提示] y=sin+1-cos
=sin+1=sin+1,
所以函数的最小正周期T=π.
2.研究形如f(x)=asin2ωx+bsin ωxcos ωx+ccos2ωx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)=asin2ωx+bsin ωxcos ωx+ccos2ωx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)=4cos ωx·sin(ω>0)的最小正周期为π.
(1)求ω的值;
(2)讨论f(x)在区间上的单调性.
[思路探究] 利用三角公式化简函数式,写为f(x)=Asin(ωx+φ)+B的形式,再讨论函数的性质.
[解](1)f(x)=4cos ωx·sin
=2sin ωx·cos ωx+2cos2 ωx
=(sin 2ωx+cos 2ωx)+
=2sin+.
因为f(x)的最小正周期为π,且ω>0,从而有=π,故ω=1.
(2)由(1)知,f(x)=2sin+.
若0≤x≤,则≤2x+≤.
当≤2x+≤,
即0≤x≤时,f(x)单调递增;
当<2x+≤,
即综上可知,f(x)在区间上单调递增,在区间上单调递减.
三角恒等变换与三角函数图像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=asin ωx+bcos ωx+k的形式,借助辅助角公式化为y=Asin?ωx+φ?+k?或y=Acos?ωx+φ?+k?的形式,将ωx+φ看作一个整体研究函数的性质.
4.已知函数f(x)=-sin+6sin xcos x-2cos2 x+1,x∈R.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)求f(x)在区间上的最大值和最小值.
[解](1)f(x)=-sin 2x-cos 2x+3sin 2x-cos 2x
=2sin 2x-2cos 2x=2sin.
所以f(x)的最小正周期T==π.
(2)由(1)知f(x)=2sin,
由于x∈,所以2x-∈,
则sin∈.
所以f(x)在上的最大值为2,最小值为-2.
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-cos 2α),cos2α=(1+cos 2α),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-cos 2α=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.
1.已知cos α=,α∈,则sin 等于(  )
A.    B.-
C. D.
A [由题知∈,
∴sin >0,sin ==.]
2.已知sin α-cos α=-,则sin 2α的值等于(  )
A. B.-
C.- D.
C [由sin α-cos α=-,(sin α-cos α)2=1-2sin α·cos α=1-sin 2α=,所以sin 2α=-.]
3.函数y=sin 2x+cos2x的最小正周期为________.
π [∵y=sin 2x+cos2x=sin 2x+cos 2x+=sin+,∴函数的最小正周期T==π.]
4.求证:=.
[证明] 原式可变形为
1+sin 4θ-cos 4θ=tan 2θ(1+sin 4θ+cos 4θ),①
①式右边=(1+2cos22θ-1+2sin 2θcos 2θ)
=(2cos22θ+2sin 2θcos 2θ)=2sin 2θ(cos2θ+sin2θ)
=2sin 2θcos2θ+2sin22θ=sin4θ+1-cos4θ=左边.
∴①式成立,即原式得证.
课件51张PPT。第八章 向量的数量积与三角恒等变换8.2 三角恒等变换
8.2.4 三角恒等变换的应用
第1课时 半角的正弦、余弦和正切化简问题 求值问题 点击右图进入…Thank you for watching !第2课时 三角函数的积化和差与和差化积
学 习 目 标
核 心 素 养
1.能根据公式Sα±β和Cα±β进行恒等变换,推导出积化和差与和差化积公式.(难点)
2.了解三角变换在解数学问题时所起的作用,进一步体会三角变换的特点,提高推理、运算能力.(重点)
1.通过三角函数的积化和差与和差化积公式的推导,培养学生逻辑推理核心素养.
2.借助积化和差与和差化积公式的应用,提升学生的数学运算及逻辑推理的核心素养.
1.积化和差公式
cos αcos β=[cos(α+β)+cos(α-β)];
sin αsin β=-[cos(α+β)-cos(α-β)];
sin αcos β=[sin(α+β)+sin(α-β)];
cos αsin β=[sin(α+β)-sin(α-β)].
2.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=2sin cos ;
sin x-sin y=2cos sin ;
cos x+cos y=2cos cos ;
cos x-cos y=-2sin sin .
思考: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.
1.计算sin 105°cos 75°的值是(  )
A.   B.   C.-   D.-
B [sin 105°cos 75°=(sin 180°+sin 30°)=.]
2.sin 20°·cos70°+sin10°·sin50°的值为(  )
A.-  B. 
C.  D.-
B [sin20°·cos70°+sin10°·sin50°
=+[cos(10°-50°)-cos]=+
=-sin 50°+cos 40°
=-sin 50°+sin 50°=.故选B.]
3.下列等式正确的是(  )
A.sin x+sin y=2sin sin 
B.sin x-sin y=2cos cos 
C.cos x+cos y=2cos cos 
D.cos x-cos y=2sin sin 
C [由和差化积公式知C正确.]
积化和差问题
【例1】(1)求值:sin 20°cos 70°+sin 10°sin 50°.
(2)求值:sin 20°sin 40°sin 60°sin 80°.
[思路探究] 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.
[解](1)sin 20°cos 70°+sin 10°sin 50°
=(sin 90°-sin 50°)-(cos 60°-cos 40°)
=-sin 50°+cos 40°
=-sin 50°+sin 50°=.
(2)原式=cos 10°cos 30°cos 50°cos 70°
=cos 10°cos 50°cos 70°
=
=cos 70°+cos 40°cos 70°
=cos 70°+(cos 110°+cos 30°)
=cos 70°+cos 110°+=.
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.
1.求sin220°+cos250°+sin 20°cos 50°的值.
[解] 原式=++(sin 70°-sin 30°)
=1+(cos 100°-cos 40°)+sin 70°-
=+(-2sin 70°sin 30°)+sin 70°
=-sin 70°+sin 70°=.
和差化积问题
【例2】 已知cos α-cos β=,sin α-sin β=-,求sin(α+β)的值.
[思路探究] 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.
[解] ∵cos α-cos β=,
∴-2sinsin=. ①
又∵sin α-sin β=-,
∴2cossin=-. ②
∵sin≠0,
∴由①②,得-tan=-,即tan=.
∴sin(α+β)=
===.
1.(变结论)本例中条件不变,试求cos(α+β)的值.
[解] 因为cos α-cos β=,
所以-2sin sin =. ①
又因为sin α-sin β=-,
所以2cos sin =-. ②
因为sin ≠0,
所以由①②,得-tan =-,即tan =.
所以cos(α+β)=
===-.
2.(变条件)将本例中的条件“cos α-cos β=,sin α-sin β=-”变为“cos α+cos β=,sin α+sin β=-”,结果如何?
[解] 因为cos α+cos β=,
所以2cos cos =. ①
又因为sin α+sin β=-,
所以2sin cos =-. ②
所以cos ≠0,所以由①②,得tan =-,
所以sin(α+β)=
===-.
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.
公式的综合应用
[探究问题]
1.解决与三角形有关问题时应注意哪些隐含条件的应用?
[提示] 注意三角形中的隐含条件的应用,如A+B+C=π,a+b>c等.
2.在△ABC中有哪些重要的三角关系?
[提示]  在△ABC中的三角关系:
sin(A+B)=sin C,cos(A+B)=-cos C,
sin=cos,cos=sin,
sin(2A+2B)=-sin 2C,cos(2A+2B)=cos 2C.
【例3】 在△ABC中,求证:sin A+sin B-sin C
=4sinsincos.
[思路探究] 利用和差化积进行转化,转化时要注意A+B+C=π.
[解] 左边=sin(B+C)+2sin·cos
=2sincos+2sincos
=2cos
=4sinsincos=右边,
∴原等式成立.
证明三角恒等式的基本思路是根据等式两端特征,通过三角恒等变换,应用化繁为简、左右归一、变更论证等方法,使等式两端的“异”化为“同”,分式不好证时,可变形为整式来证.
2.在△ABC中,求证:sin A+sin B+sin C=4cos cos ·cos .
[证明] 由A+B+C=180°,得C=180°-(A+B),
即=90°-,∴cos =sin .
∴sin A+sin B+sin C
=2sin·cos+sin(A+B)
=2sin·cos+2sin·cos
=2sin
=2cos ·2cos ·cos
=4cos cos cos ,
∴原等式成立.
1.公式的记忆
和差化积公式记忆口诀:
“正和正在前,正差正后迁;余和一色余,余差翻了天.”
(正代表sin α,余代表cos α)
2.公式的应用
注意公式的应用条件、各种三角恒等变换公式以及公式之间的相互推导.
1.sin 75°-sin 15°的值为(  )
A.      B.
C. D.-
B [sin 75°-sin 15°=2cossin=2××=.故选B.]
2.函数y=sincos x的最大值为(  )
A. B.
C.1 D.
B [∵y=sincos x
=
==sin-.
∴函数y的取最大值为.]
3.已知sin(α+β)=,sin(α-β)=,则sin αcos β=________.
 [sin αcos β=sin(α+β)+sin(α-β)=×+×=.]
4.化简下列各式:
(1);
(2).
[解](1)原式=
===tan .
(2)原式=
=
==.
课件44张PPT。第八章 向量的数量积与三角恒等变换8.2 三角恒等变换
8.2.4 三角恒等变换的应用
第2课时 三角函数的积化和差与和差化积积化和差问题 和差化积问题 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(二十) 半角的正弦、余弦和正切
(建议用时:60分钟)
[合格基础练]
一、选择题
1.已知cos α=,α∈,则sin 等于(  )
A.  B.-   
C.    D.
A [∵α∈,∴∈,sin ==.]
2.设α是第二象限角,tan α=-,且sin A.- B.
C.  D.-
A [因为α是第二象限角,且sin 因为tan α=-,所以cos α=-,所以cos 
=-=-.]
3.若sin74°=m,则cos 8°=(  )
A. B.±
C. D.±
C [∵sin74°=m=cos 16°,∴cos 8°=
=,故选C.]
4.已知cos θ=-,且180°<θ<270°,则tan的值为(  )
A.2    B.-2   
C.   D.-
B [法一:∵180°<θ<270°,∴90°<<135°,
∴tan <0,
∴tan =-=-=-2.
法二:∵180°<θ<270°,∴sin θ<0,
∴sin θ=-=-=-,
∴tan===-2.]
5.已知tan=3,则cos θ等于(  )
A.  B.- 
C.  D.-
B [cos θ====-.]
6.若cos α=-,α是第三象限角,则等于(  )
A.- B. C.2  D.-2
A [∵α是第三象限角,cos α=-,∴sin α=-.
∴=====-.故选A.]
二、填空题
7.设5π<θ<6π,cos =a,则sin 的值等于________.
- [由sin2=,∵θ∈(5π,6π),
∴∈,
∴sin =-=-.]
8.在△ABC中,若cos A=,则sin2+cos 2A=________.
- [sin2+cos 2A=+2cos2A-1=+2cos2A-1=-.]
9.已知α是第三象限角,sin α=-,则tan的值是________.
- [∵α是第三象限角,∴2kπ+π<α<2kπ+,
∴kπ+<<kπ+,
∴tan<-1,sinα==-,
整理得12tan2+25tan+12=0
∴tan=-或-(排除).]
三、解答题
10.已知0<x<<y<π,cos(y-x)=.若tan=,分别求:
(1)sin和cos的值;
(2)cos x及cos y的值.
[解](1)由tan x===且x为锐角,
所以cos x==,
因为cos x=2cos2-1=,解得cos=,
而tan==,所以sin=cos x=.
(2)由题知0<y-x<π,而cos(y-x)=得到y-x为锐角,
所以sin(y-x)==,
则tan(y-x)==.
由tanx=,所以tan y=-.则cos x=,
因为y为钝角,所以cos y=-
=-.
[等级过关练]
1.已知sin θ=,cos θ=,θ∈,则tan 等于(  )
A.-    B.5
C.-5或     D.-或5
B [由sin2θ+cos 2θ=1,得+=1,解得m=0或8,当m=0时,sin θ<0,不符合<θ<π.
∴m=0舍去,故m=8,sin θ=,cos θ=-,tan ===5.]
2.若α∈(0,π),且3sin α+2cos α=2,则tan等于(  )
A.  B.  C.  D.
D [∵α∈(0,π),且3sinα+2cos α=6sincos+2(2cos2-1)=2,∴6sincos+4cos2=4,
即3sincos+2cos2=2,
∴==2,解得tan=或tan=0(舍去),故选D.]
3.··=________.
tan  [原式=··=·=·==tan .]
4.设0≤ α≤ π,不等式8x2-8xsin α+cos 2α≥0对任意x∈R恒成立,则α的取值范围是________.
∪ [由题意知,Δ=(8sin α)2-4×8×cos 2α≤0,即2sin2α-cos 2α≤ 0,所以4sin2α≤1,
所以-≤ sin α≤ .因为0≤ α≤ π,所以0≤ α≤ 或≤α≤π.]
5.如图所示,要把半径为R的半圆形木料截成长方形,应怎样截取,才能使△OAB的周长最大?
[解] 设∠AOB=α,△OAB的周长为l,则AB=Rsin α,OB=Rcos α,∴l=OA+AB+OB=R+Rsin α+Rcos α=R(sin α+cos α)+R=Rsin+R.
∵0<α<,∴<α+<.
∴l的最大值为R+R=(+1)R,此时,α+=,即α=,
即当α=时,△OAB的周长最大.
课时分层作业(二十一) 三角函数的积化和差与和差化积
(建议用时:60分钟)
[合格基础练]
一、选择题
1.cos 15° sin 105°=(  )
A.+   B.-
C.+1 D.-1
A [cos 15°sin 105°= [sin(15°+105°)-sin(15°-105°)]= [sin 120°-sin(-90°)]= ×+ ×1=+ .]
2.sin 20°+sin 40°-sin 80°的值为(  )
A.0    B.    C.    D.1
A [原式=2sin 30°cos 10°-sin 80°=cos 10°-sin 80°=sin 80°-sin 80°=0.]
3.函数f(x)=2sin sin的最大值等于(  )
A.2sin2    B.-2sin2
C.2cos 2 D.-2cos 2
A [f(x)=2sin sin=-[cos α-cos(x-α)]=cos(x-α)-cos α.
当cos(x-α)=1时,f(x)取得最大值1-cos α
=2sin2 .]
4.将cos 2x-sin2y化为积的形式,结果是(  )
A.-sin(x+y)sin(x-y)  B.cos(x+y)cos(x-y)
C.sin(x+y)cos(x-y)   D.-cos(x+y)sin(x-y)
B [cos2x-sin2y=-=(cos 2x+cos 2y)=cos(x+y)cos(x-y).]
5.若cos xcos y+sin xsin y=,sin 2x+sin 2y=,则sin(x+y)=(  )
A.    B.-
C .  D.- 
A [∵cos xcos y+sin xsin y=,∴cos=,∵sin 2x+sin 2y=,∴2sincos=,
∴2sin·=,∴sin(x+y)=,故选A.]
二、填空题
6.cos 2α-cos 3α化为积的形式为________.
2sin sin [cos 2α-cos 3α=-2sin ·sin=-2sin sin=2sin sin .]
7.sin·cos 化为和差的结果是________.
 cos(α+β)+ sin(α-β) [原式=sin+α+β+sin(α-β)= cos(α+β)+ sin(α-β).]
8.=________.
 [原式=== .]
三、解答题
9.求下列各式的值:
(1)sin 54°-sin 18°;
(2)cos 146°+cos 94°+2cos 47°cos 73°.
[解](1)sin 54°-sin 18°=2cos 36°sin 18°
=2·==== .
(2)cos 146°+cos 94°+2cos 47°cos 73°
=2cos 120°cos 26°+2×(cos 120°+cos 26°)
=2××cos 26°++cos 26°
=-cos 26°++cos 26°=- .
10.在△ABC中,若B=30°,求cos Asin C的取值范围.
[解] 由题意,得cos Asin C=[sin(A+C)-sin(A-C)]=[sin(π-B)-sin(A-C)]=-sin(A-C).
∵B=30°,∴-150°<A-C<150°,∴-1≤sin(A-C)≤1,∴-≤-sin(A-C)≤.
∴cos Asin C的取值范围是.
[等级过关练]
1.cos 40°+cos 60°+cos 80°+cos 160°=(  )
A.   B.-
C. D.-
A [cos 60°+cos 80°+cos 40°+cos 160°=+cos 80°+2cos 100°cos 60°=+cos 80°-cos 80°= .]
2.已知α-β=,且cos α+cos β=,则cos(α+β)=________.
A.-  B.
C.   D.-
A [cos α+cos β=2cos cos =2cos cos 
=cos =,
∴cos(α+β)=2cos 2-1=2×-1=-.]
3.函数y=coscos的最大值是________.
 [由题意知,y=
=(-cos 2x+cos )=-cos 2x,
因为-1≤cos 2x≤1,所以ymax=.]
4.+=________.
 [+=+
=
==
==2cos 30°=.]
5.已知f(x)=-+,x∈(0,π).
(1)将f(x)表示成cos x的多项式;
(2)求f(x)的最小值.
[解](1)f(x)==
=2cos cos =cos 2x+cos x=2cos2x+cos x-1.
(2)∵f(x)=22-且-1