第10章
三角恒等变换
类型1 求值问题
三角函数求值主要有三种类型
(1)“给角求值”,一般给出的角都是非特殊角,观察发现题中的角与特殊角都有着一定的关系,如和或差为特殊角,必要时运用诱导公式.
(2)“给值求值”,即给出某些角的三角函数式的值,求另外一些三角函数的值,这类求值问题关键在于结合条件和结论中的角,合理拆、配角,要注意角的范围.
(3)“给值求角”,本质上还是“给值求值”,只不过往往求出的是特殊角的值,在求出角之前还需结合函数的单调性确定角,必要时还要讨论角的范围.
【例1】 已知cos
α=,sin(α-β)=,且α,β∈.求:(1)cos(2α-β)的值;(2)β的值.
[解] (1)因为α,β∈,
所以α-β∈,
又sin(α-β)=>0,
所以0<α-β<,
所以sin
α==,
cos(α-β)==,
cos(2α-β)=cos[α+(α-β)]
=cos
αcos(α-β)-sin
αsin(α-β)
=×-×
=.
(2)cos
β=cos[α-(α-β)]
=cos
αcos(α-β)+sin
αsin(α-β)
=×+×=,
又因为β∈,所以β=.
[跟进训练]
1.已知sinsin=,α∈,求的值.
[解] ∵sinsin=,
∴sincos=,
sin=,即cos
2α=.
又α∈,∴2α∈(π,2π),
∴sin
2α=-
=-=-.
∴=
==-.
类型2 化简与证明
三角函数式的化简与证明要遵循“三看”原则
(1)一看“角”,通过看角之间的差别与联系,把角进行合理的拆分,从而正确使用公式.
(2)二看“函数名称”,看函数名称之间的差异,从而确定使用的公式,常见的有“切化弦”.
(3)三看“结构特征”,分析结构特征,找到变形的方向.
【例2】 求证:=.
[证明] 证明原不等式成立,即证明
1+sin
4θ-cos
4θ=tan
2θ(1+sin
4θ+cos
4θ)成立.
∵tan
2θ(1+sin
4θ+cos
4θ)
=(2cos22θ+2sin
2θcos
2θ)
=2sin
2θcos
2θ+2sin22θ
=sin
4θ+1-cos
4θ.
∴=.
[跟进训练]
2.化简:.
[解] 原式=
=
=
=
=
=
==2.
类型3 三角恒等变换与三角函数的综合问题
三角恒等变换与三角函数的综合问题,常以三角恒等变换为主要的化简手段,考查三角函数的性质.当给出的三角函数关系式较为复杂时,我们要先通过三角恒等变换,将三角函数的表达式变形化简为y=Asin(ωx+φ)+k或y=Acos(ωx+φ)+k等形式,然后再根据化简后的三角函数,讨论其图象和性质.
【例3】 已知函数f(x)=cos
xsin-cos2x+,x∈R.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)求f(x)在闭区间上的最大值和最小值.
[解] (1)f(x)=cos
x·-cos2x+
=sin
x·cos
x-cos2x+
=sin
2x-(1+cos
2x)+
=sin
2x-cos
2x
=sin.
∴f(x)的最小正周期T==π.
(2)∵-≤x≤,
∴-≤2x-≤,
∴-1≤sin≤,
∴-≤f(x)≤,
∴函数f(x)在闭区间上的最大值为,最小值为-.
[跟进训练]
3.设向量a=(sin
x,sin
x),b=(cos
x,sin
x),x∈.
(1)若|a|=|b|,求x的值;
(2)设函数f(x)=a·b,求f(x)的最大值.
[解] (1)由|a|2=(sin
x)2+sin2
x=4sin2x,
|b|2=cos2x+sin2x=1,及|a|=|b|,得4sin2x=1.
又x∈,
从而sin
x=,所以x=.
(2)f(x)=a·b=sin
xcos
x+sin2x
=sin
2x-cos
2x+=sin+,
当x=∈时,sin取最大值1.
所以f(x)的最大值为.
类型4 转化化归思想在三角恒等变换中的应用
在三角函数的化简、求值中,常常对条件和结论进行合理的变换,通过转化沟通已知与未知的关系,角的转化、函数名称的转化、常数代换、幂的升降变换、结构变化等技巧在解题中经常用到,应熟练掌握.
【例4】 已知tan
α=,tan
β=-,且α,β∈(0,π),求2α-β的值.
[解] ∵tan
α=>0,
∴α∈,2α∈(0,π),
∴tan
2α===>0,
∴2α∈,
又∵tan
β=-<0,β∈(0,π),
∴β∈,
∴tan(2α-β)=
==1,
又∵2α∈,β∈,
∴2α-β∈(-π,0),
∴2α-β=-π.
[跟进训练]
4.已知<α<,0<β<,cos=,sin=,求sin(α+β)的值.
[解] ∵<α<,0<β<,
∴-<-α<0,<+β<π,
∴sin=-
=-=-,
cos=-=-,
∴sin(α+β)=-cos
=-cos
=-
=-=.
1.(2020·全国卷Ⅰ)已知α∈(0,π),且3cos
2α-8cos
α=5,则sin
α=( )
A.
B.
C.
D.
A [∵3cos
2α-8
cos
α=5,∴3(2
cos2α-1)-8cos
α=5,∴6cos2
α-8cos
α-8=0,∴3cos2α-4cos
α-4=0,解得cos
α=2(舍去)或cos
α=-.∵α∈(0,π),∴sin
α==.故选A.]
2.(2020·全国卷Ⅲ)已知2tan
θ-tan
=7,则tan
θ=( )
A.-2
B.-1
C.1
D.2
D [由已知得2tan
θ-=7,得tan
θ=2.]
3.(2020·全国卷Ⅲ)已知sin
θ+sin=1,则sin=( )
A.
B.
C.
D.
B [∵sin
θ+sin=sin
θ+cos
θ=sin=1,∴sin=,故选B.]
4.(2020·江苏高考)已知sin2=,则sin
2α的值是________.
[∵sin2===,
∴sin
2α=.]
5.(2018·江苏高考)已知α,β为锐角,tan
α=,cos(α+β)=-.
(1)求cos
2α的值;
(2)求tan(α-β)的值.
[解] (1)因为tan
α=,tan
α=,
所以sin
α=cos
α.
因为sin2α+cos2α=1,所以cos2α=,
所以cos
2α=2cos2α-1=-.
(2)因为α,β为锐角,所以α+β∈(0,π).
又因为cos(α+β)=-,
所以sin(α+β)==,
因此tan(α+β)=-2.
因为tan
α=,
所以tan
2α==-.
因此tan(α-β)=tan[2α-(α+β)]==-.
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-
8
-10.3 几个三角恒等式
学
习
任
务
核
心
素
养
1.能运用所学知识,推导积化和差与和差化积公式、万能代换公式.(重点)
2.能利用所学公式进行三角恒等变换.(重点、难点)
1.
通过学习积化和差与和差化积公式,半角公式,降幂公式,培养逻辑推理素养.2.通过利用公式求值、化简和证明,培养数学运算素养.
前面,我们学习了两角和与差的正余弦公式:
sin(α+β)=sin
αcos
β+cos
αsin
β,(S(α+β));①
sin(α-β)=sin
αcos
β-cos
αsin
β,(S(α-β));②
cos(α+β)=cos
αcos
β-sin
αsin
β,(C(α+β));③
cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β,(C(α-β)).④
由①②能得出sin
αcos
β及cos
αsin
β吗?
由③④能得出cos
αcos
β及sin
αsin
β吗?
知识点1 积化和差与和差化积公式
(1)积化和差公式
sin
αcos
β=[sin(α+β)+sin(α-β)],
cos
αsin
β=[sin(α+β)-sin(α-β)],
cos
αcos
β=[cos(α+β)+cos(α-β)],
sin
αsin
β=-[cos(α+β)-cos(α-β)].
(2)和差化积公式
sin
α+sin
β=2sin
cos
,
sin
α-sin
β=2cos
sin
,
cos
α+cos
β=2cos
cos
,
cos
α-cos
β=-2sin
sin
.
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)sin(A+B)+sin(A-B)=2sin
Acos
B.
( )
(2)cos(A+B)-cos(A-B)=2sin
Acos
B.
( )
(3)cos(α+β)cos(α-β)=cos2
α-cos2
β.
( )
[提示] (1)正确.
(2)cos(A+B)-cos(A-B)=-2sin
Asin
B.
(3)cos(α+β)cos(α-β)=(cos
2α+cos
2β).
[答案] (1)√ (2)× (3)×
知识点2 半角公式与降幂公式
半角公式
降幂公式
sin
=±,cos
=±,tan
=±,tan
==
sin2α=,cos2α=,tan2α=
拓展:万能公式:
设tan
=t,则sin
α=,cos
α=,tan
α=.
2.若cos
α=-,且π<α<,则cos
=________.
- [∵π<α<,
∴<<,
∴cos=-=-.]
3.若tan
=3,则cos
α=________.
- [∵tan2==9,∴cos
α=-.]
类型1 应用和差化积或积化和差求值
【例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°
=.
套用和差化积公式的关键是记准、记牢公式,为了能够把三角函数式化为积的形式,有时需要把常数首先化为某个角的三角函数,然后再化积,有时函数不同名,要先化为同名再化积,化积的结果能求值则尽量求出值来.
[跟进训练]
1.(1)
sin
20°+sin
40°+sin
60°-sin
80°=( )
A.
B.
C.
D.1
(2)已知cos
α-cos
β=,sin
α-sin
β=-,求sin(α+β)的值.
(1)C [原式=sin
20°-sin
80°+sin
40°+sin
60°=2cos
50°sin(-30°)+cos
50°+sin
60°=sin
60°=.]
(2)[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)====.
类型2 万能代换公式的应用
【例2】 设tan
=t,求证:=(t+1).
利用万能代换公式,分别用t表示sin
θ,cos
θ,代入待证等式的左端即可证明.
[证明] 由sin
θ=及cos
θ=,得1+sin
θ==,
1+sin
θ+cos
θ==,
故=(t+1).
在万能代换公式中不论α的哪种三角函数?包括sin
α与cos
α?都可以表示成tan=t的“有理式”,将其代入式子中,就可将代数式表示成t的函数,从而就可以进行相关代数恒等式的证明或三角式的求值.
[跟进训练]
2.已知cos
θ=-,且180°<θ<270°,求tan.
[解] ∵180°<θ<270°,
∴90°<<135°,
∴tan<0.
由cos
θ=,得=-,
解得tan2=4.
又tan<0,
∴tan=-2.
类型3 f(x)=asin2ωx+bsin
ωxcos
ωx+ccos2ωx的性质
【例3】 求函数f(x)=5cos2x+sin2x-4sin
xcos
x,x∈的最小值,并求其单调减区间.
[解] f(x)=5×+×-2sin
2x=3+2cos
2x-2sin
2x
=3+4
=3+4
=3+4sin=3-4sin,
∵≤x≤,
∴≤2x-≤.
∴sin∈.
∴当2x-=,即x=时,
f(x)取最小值为3-2.
∵y=sin在上单调递增,
∴f(x)在上单调递减.
1.(变结论)本例中,试求函数f(x)(x∈R)的对称轴方程.
[解] f(x)=3-4sin,
令2x-=+kπ,k∈Z,得x=+,k∈Z.
所以函数f(x)的对称轴方程为x=+,k∈Z.
2.(变条件)本例中,函数解析式变为f(x)=sin+2sin2(x∈R),求f(x)的单调减区间.
[解] ∵f(x)=sin
2+1-cos
2
=2+1
=2sin+1,
由2kπ+≤2x-≤2kπ+,k∈Z,
得kπ+≤x≤kπ+,k∈Z,
∴f(x)的单调减区间为,k∈Z.
1.应用公式解决三角函数综合问题的三个步骤
(1)运用和、差、倍角公式和重要恒等式化简.
(2)统一化成f(x)=asin
ωx+bcos
ωx+k的形式.
(3)利用辅助角公式化为f(x)=Asin(ωx+φ)+k的形式,研究其性质.
2.对三角函数式化简的常用方法
(1)降幂化倍角;
(2)升幂角减半;
(3)利用f(x)=asin
x+bcos
x=sin(x+φ),化为“一个角”的函数.
[跟进训练]
3.已知函数f(x)=2cos2+cos.
(1)求函数的最小正周期以及对称轴方程;
(2)求函数y=f(-x)的单调减区间.
[解] f(x)=2cos2+cos
=cos+1+cos
=sin+cos+1
=sin+1
=sin+1.
(1)函数的最小正周期T==π.
令2x+=kπ+(k∈Z),
解得x=+(k∈Z),
故对称轴方程为x=+(k∈Z).
(2)y=f(-x)=sin+1
=-sin+1,令-+2kπ≤2x-≤+2kπ(k∈Z),解得-+kπ≤x≤π+kπ(k∈Z),故函数的单调减区间是(k∈Z).
1.已知tan
α=-,则sin
2α=( )
A.
B.-
C.
D.-
D [sin
2α====-.]
2.若3πA.cos
B.-cos
C.sin
D.-sin
C [因为3π所以<<2π,sin
<0,cos
>0.
于是+=+
=cos
-sin
=
=sin.]
3.已知等腰三角形的顶角的余弦值等于,则它的底角的余弦值为( )
A.
B.
C.
D.
B [设等腰三角形的顶角为α,底角为β,则cos
α=.
又β=-,
即cos
β=cos=sin
=
==.]
4.化简:=________.
tan
20° [原式=
=
=tan
20°.]
5.若cos
α=-,α是第三象限角,则=________.
- [∵α是第三象限角,
∴为第二、四象限角,
∴tan<0,
∴tan=-=-=-3,
∴原式==-.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.如何用cos
α表示sin2,cos2?
[提示] sin2=;cos2=.
2.如何用tan
α表示sin
2α,cos
2α?
[提示] sin
2α=,cos
2α=.
3.如何确定半角公式根号前的符号?
[提示] (1)当给出的角是某一象限的角时,可根据下表确定半角的函数值的符号.
α
sin
cos
tan
第一象限
第一、三象限
+,-
+,-
+
第二象限
第一、三象限
+,-
+,-
+
第三象限
第二、四象限
+,-
-,+
-
第四象限
第二、四象限
+,-
-,+
-
(2)当给出角α的范围时,可先求的范围,再根据的范围来确定各三角函数值的符号.
(3)若没有给出确定符号的条件,则在根号前保留正、负两个符号.
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10
-10.2 二倍角的三角函数
学
习
任
务
核
心
素
养
1.会从两角和的正弦、余弦、正切公式导出二倍角的正弦、余弦、正切公式.(重点)
2.能熟练运用二倍角的公式进行简单的恒等变换,并能灵活地将公式变形运用.(难点)
1.通过对二倍角公式的推导,培养逻辑推理素养.2.
通过利用二倍角公式求值、化简和证明,培养数学运算素养.
(1)在公式S(α+β),C(α+β),T(α+β)中,若令α=β,你会发现什么?
(2)在C2α公式中,还有其他表示形式吗?
知识点 倍角公式
(1)sin
2α=2sin
αcos
α;
(2)cos
2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α;
(3)tan
2α=.
(1)T2α对任意角α都成立吗?
(2)倍角公式中的“倍角”只能是2α吗?
[提示] (1)不是.所含各角要使正切函数有意义.
(2)倍角公式中的“倍角”具有相对性,对于两个角的比值等于2的情况都成立,如6α是3α的2倍,3α是的2倍.这就是说,“倍”是相对而言的,是描述两个数量之间的关系的.
1.已知sin
α=,cos
α=,则sin
2α等于( )
A.
B.
C.
D.
D [∵sin
2α=2sin
αcos
α=2××=,故选D.]
2.计算1-2sin222.5°等于( )
A.
B.
C.
D.
B [1-2sin222.5°=cos
45°=,故选B.]
3.若tan
α=3,则tan
2α=________.
- [∵tan
α=3,
∴tan
2α===-.]
类型1 直接应用二倍角公式求值
【例1】 (对接教材P63例1)已知sin
2α=,<α<,求sin
4α,cos
4α,tan
4α的值.
[解] 由<α<,得<2α<π.
又因为sin
2α=,
所以cos
2α=-
=-=-.
于是sin
4α=2sin
2αcos
2α
=2××=-;
cos
4α=1-2sin22α=1-2×=;
tan
4α===-.
对二倍角公式的理解及二倍角公式的应用形式
对于“二倍角”应该有广义上的理解,如:8α是4α的二倍角;6α是3α的二倍角;4α是2α的二倍角;3α是α的二倍角;是的二倍角;是的二倍角;…,又如α=2·,=2·,….
[跟进训练]
1.求下列各式的值.
(1)sinsin;(2)cos215°-cos275°;
(3)2cos2-1;(4).
[解] (1)∵sin=sin=cos,
∴sinsin=sincos
=×2sincos=sin=.
(2)∵cos275°=cos2(90°-15°)=sin215°,
∴cos215°-cos275°=cos215°-sin215°=cos
30°=.
(3)2cos2-1=cos=-.
(4)=×
=tan
60°=.
类型2 逆用二倍角公式化简求值
【例2】 化简:.
[解] 原式=
=
===1.
1.三角函数的化简有四个方向,即分别从“角”“函数名”“幂”“形”着手分析,消除差异.
2.解决此类非特殊角的求值问题,其关键是利用公式转化为特殊角求值,要充分观察角与角之间的联系,看角是否有倍数关系,能否用二倍角公式求值,是否是互余关系,能否进行正弦与余弦的互化;要充分根据已知式的结构形式,选择公式进行变形并求值.
[跟进训练]
2.求下列各式的值:
(1)2sincos;
(2)1-2sin2750°;
(3);
(4)coscos.
[解] (1)原式=sin=sin=.
(2)原式=cos(2×750°)=cos
1
500°
=cos(60°+4×360°)=cos
60°=.
(3)原式=tan(2×150°)
=tan
300°
=tan(360°-60°)
=-tan
60°=-.
(4)原式=coscos
=cossin
=
=sin=×
=.
类型3 活用“倍角”关系巧解题
【例3】 已知sin=,0<x<,求的值.
本题中角“-x”与角“+x”有什么关系?如何借助诱导公式实现cos
2x与sin的转换?
[解] ∵+=,
∴sin=cos=,
又0<x<,
∴<x+<,
∴sin=.
∴=
=
=2sin=.
1.(变结论)本例条件不变,求cos
2x.
[解] ∵0∴0<-x<,由sin=,
得cos=,
cos
2x=sin=sin
2
=2sincos=2××=.
2.(变结论)本例条件不变,求的值.
[解] ∵+=,
∴cos=sin=.
∵=
==2sin
xcos
x=sin
2x,
又sin
2x=-cos=1-2cos2=1-2×=.∴=.
当遇到±x这样的角时可利用角的互余关系和诱导公式,将条件与结论沟通.cos
2x=sin=2sincos.
类似这样的变换还有:
?1?cos
2x=sin=2sincos;
?2?sin
2x=cos=2cos2-1;
?3?sin
2x=-cos=1-2cos2等.
提醒:在使用二倍角公式时要特别注意公式中的系数,防止出错.
[跟进训练]
3.已知sin=,则sin
2α的值为( )
A.-
B.
C.-
D.
C [sin
2α=-cos=2sin2-1
=2×-1=-.故选C.]
1.若tan
α=2,则2cos2α+sin
2α=( )
A.
B.
C.
D.
D [∵tan
α=2,∴2cos2α+sin
2α====.故选D.]
2.cos2-sin2=________.
[原式=cos=cos
=.]
3.=________.
[原式=×=×tan
15°=×tan(60°-45°)=×
=×=×=.]
4.若sin
2α=-sin
α,且sin
α≠0,则cos
α=________.
- [∵sin
2α=2sin
αcos
α,
∴2sin
αcos
α=-sin
α,又sin
α≠0,∴cos
α=-.]
5.求值:=________.
[∵sin
50°(1+tan
10°)
=sin
50°·=sin
50°·=1,
cos
80°=sin
10°=sin210°,
∴==.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.你能用框图表示C(α+β),S(α+β),T(α+β),C2α,S2α及T2α之间的内在联系吗?
[提示]
2.C2α的常见变形有哪些?
[提示] cos
2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α.
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-
8
-10.1.3 两角和与差的正切
学
习
任
务
核
心
素
养
1.能利用两角和与差的正弦、余弦公式推导出两角和与差的正切公式.(重点)
2.能利用两角和与差的正切公式进行化简、求值、证明.(重点)3.熟悉两角和与差的正切公式的常见变形,并能灵活应用.(难点)
通过对两角和与差的正切公式的推导和应用,提升逻辑推理和数学运算素养.
根据同角三角函数的商数关系tan
θ=,怎样由sin(α+β)以及cos(α+β)的公式将tan(α+β)用tan
α,tan
β来表示?如何将tan(α-β)用tan
α,tan
β来表示?
知识点 两角和与差的正切公式
T(α+β):tan(α+β)=.
T(α-β):tan(α-β)=.
公式T(α±β)有何结构特征和符号规律?
[提示] (1)结构特征:公式T(α±β)的右侧为分式形式,其中分子为tan
α与tan
β的和或差,分母为1与tan
αtan
β的差或和.
(2)符号规律:分子同,分母反.
1.tan
15°=________;tan
75°=________.
2- 2+ [tan
15°=tan(45°-30°)
=
===2-.
tan
75°=
=
=2+.]
2.设α,β为锐角,且tan
α,tan
β是方程6x2-5x+1=0的根,则tan(α+β)=________.
1 [tan
α+tan
β=,tan
α·tan
β=.
tan(α+β)==1.]
类型1 条件求值问题
【例1】 已知tan(α+β)=5,tan(α-β)=3,求tan
2α,tan
2β,tan.
2α=?α+β?+?α-β?,2β=?α+β?-?α-β?,tan可以用tan
2α表示出来.
[解] tan
2α=tan[(α+β)+(α-β)]
===-,
tan
2β=tan[(α+β)-(α-β)]
=
==,
tan===.
求解此类问题的关键是明确已知角和待求角的关系;求解时要充分借助诱导公式、角的变换技巧等实现求值.倘若盲目套用公式,可能带来繁杂的运算.
[跟进训练]
1.(1)已知α∈,sin
α=,求tan的值;
(2)如图所示,三个相同的正方形相接,试计算tan(α+β)的大小.
[解] (1)因为sin
α=,且α∈,所以cos
α=-,所以tan
α===-,
故tan===.
(2)由题图可知tan
α=,tan
β=,且α,β均为锐角,所以tan(α+β)===1.
类型2 给值求角
【例2】 已知tan
α,tan
β是方程x2+3x+4=0的两根,且α,β∈,求α+β.
利用根与系数的关系求tan
α+tan
β及tan
αtan
β的值,进而求出tan?α+β?的值,然后由α+β的取值范围确定α+β的值.
[解] 因为tan
α,tan
β是方程x2+3x+4=0的两根,所以tan
α+tan
β=-3<0,tan
αtan
β=4>0,
所以tan
α<0,tan
β<0.又因为α,β∈,
所以α,β∈,所以-π<α+β<0.
又因为tan(α+β)===,
所以α+β=-.
1.给值求角的一般步骤
(1)求角的某一三角函数值;
(2)确定角的范围;
(3)根据角的范围写出所求的角.
2.选取函数时,应遵照以下原则
(1)已知正切函数值,选正切函数;
(2)已知正、余弦函数值,选正弦或余弦函数.若角的范围是,选正、余弦皆可;若角的范围是(0,π),选余弦较好;若角的范围为,选正弦较好.
[跟进训练]
2.如图,在平面直角坐标系xOy中,以Ox轴为始边作两个锐角α,β,它们的终边分别与单位圆相交于A,B两点,已知A,B的横坐标分别为,.
求:(1)tan(α+β)的值;(2)α+2β的大小.
[解] 由已知得cos
α=,cos
β=,又α,β是锐角,
则sin
α==,sin
β==.
所以tan
α==7,tan
β==.
(1)tan(α+β)===-3.
(2)tan(α+2β)=tan[(α+β)+β]
===-1,
又α,β是锐角,则0<α+2β<,所以α+2β=.
类型3 T(α±β)公式的变形及应用
【例3】 已知△ABC中,tan
B+tan
C+tan
Btan
C=,且tan
A+tan
B=tan
Atan
B-1,试判断△ABC的形状.
当一个代数式中同时出现“tan
α+tan
β”及“tan
α
tan
β”两个团体时,我们可以联想哪些公式解题?
[解] ∵tan
A+
tan
B=tan
Atan
B-1,
∴(tan
A+tan
B)=tan
Atan
B-1,
∴=-,∴tan(A+B)=-.
又∵0<A+B<π,∴A+B=,∴C=.
∵tan
B+tan
C+tan
Btan
C=,tan
C=,
∴tan
B++tan
B=,tan
B=,
∴B=,∴A=,∴△ABC为等腰三角形.
1.公式T(α+β),T(α-β)是变形较多的两个公式,公式中有tan
α·tan
β,tan
α+tan
β(或tan
α-tan
β),tan(α+β)(或tan(α-β)).三者知二可表示或求出第三个.
2.一方面要熟记公式的结构,另一方面要注意常值代换.
提醒:当一个式子中出现两角正切的和或差时,常考虑使用两角和或差的正切公式.
[跟进训练]
3.(1)化简:tan
23°+tan
37°+tan
23°tan
37°;
(2)若锐角α,β满足(1+tan
α)(1+tan
β)=4,求α+β的值.
[解] (1)tan
23°+tan
37°+tan
23°tan
37°=tan(23°+37°)(1-tan
23°tan
37°)+tan
23°tan
37°=tan
60°(1-tan
23°tan
37°)+tan
23°tan
37°=.
(2)∵(1+tan
α)(1+tan
β)
=1+(tan
α+tan
β)+3tan
αtan
β=4,
∴tan
α+tan
β=(1-tan
αtan
β),
∴tan(α+β)==.
又∵α,β均为锐角,
∴0°<α+β<180°,∴α+β=60°.
1.若tan
β=3,tan(α-β)=-2,则tan
α等于( )
A.
B.-
C.1
D.-1
A [∵tan(α-β)==-2,tan
β=3,
∴=-2,∴tan
α=,故选A.]
2.=( )
A.tan
57°
B.-tan
57°
C.1
D.-1
C [原式=tan(51°-6°)=tan
45°=1.]
3.若tan=2,则=( )
A.
B.
C.
D.1
C [由tan==2,得tan
α=,
∴===.]
4.求值:tan
15°+tan
30°+tan
15°tan
30°=________.
1 [tan
15°+tan
30°+tan
15°tan
30°=tan(15°+30°)·(1-tan
15°tan
30°)+tan
15°tan
30°=tan
45°(1-tan
15°tan
30°)+tan
15°tan
30°=1-tan
15°tan
30°+tan
15°tan
30°=1.]
5.已知α,β∈(0,π),且tan
α=2,cos
β=-,则tan(α+β)的值为________;2α-β的值为________.
- [∵cos
β=-,β∈(0,π),
∴sin
β===,
∴tan
β===-.
∴tan(α+β)===.
∴tan
2α===-.
∴tan(2α-β)=
==-1.
∵tan
α=2,α∈(0,π),∴α∈,∵tan
β=-<0,且β∈(0,π),
∴β∈,∴2α-β∈,
∵tan(2α-β)=-1,∴2α-β=-.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.试写出T(α±β)的公式,你能结合T(α±β)的公式完成下列空格.
(1)T(α+β)的变形:
tan
α+tan
β=____________________.
tan
α+tan
β+tan
αtan
βtan(α+β)=________.
tan
αtan
β=______________.
(2)T(α-β)的变形:
tan
α-tan
β=______________.
tan
α-tan
β-tan
αtan
βtan(α-β)=________.
tan
αtan
β=______________.
[提示] (1)tan
α+tan
β=tan(α+β)(1-tan
αtan
β),
tan
α+tan
β+tan
αtan
βtan(α+β)=tan(α+β),
tan
αtan
β=1-;
(2)tan
α-tan
β=tan(α-β)(1+tan
αtan
β),
tan
α-tan
β-tan
αtan
βtan(α-β)=tan(α-β),
tan
αtan
β=-1.
2.当α+β=kπ+,k∈Z时,(1+tan
α)(1+tan
β)是定值吗?
[提示] 当α+β=+kπ,k∈Z时,tan(α+β)==1,∴tan
α+tan
β=1-tan
αtan
β,
∴tan
α+tan
β+tan
αtan
β=1,
即(1+tan
α)(1+tan
β)=2.
PAGE
-
7
-10.1.2 两角和与差的正弦
学
习
任
务
核
心
素
养
1.能利用两角和与差的余弦公式及诱导公式推导出两角差的正弦公式、两角和的正弦公式.(难点)
2.能利用公式解决简单的化简、求值问题.(重点)
1.通过对两角和与差的正弦公式的推导,培养逻辑推理素养.2.通过应用两角和与差的正弦公式进行求值、化简和证明,培养数学运算和逻辑推理素养.
(1)sin
30°与cos
60°间存在怎样的数量关系?
(2)你能借助诱导公式及cos(α±β)的公式推导出sin(α±β)的公式吗?
知识点 两角和与差的正弦公式
(1)两角和的正弦公式:
S(α+β):sin(α+β)=sin
αcos
β+cos
αsin
β.
(2)两角差的正弦公式:
S(α-β):sin(α-β)=sin
αcos
β-cos
αsin
β.
(3)辅助角公式
asin
x+bcos
x=,
令cos
φ=,sin
φ=,则有asin
x+bcos
x=(cos
φsin
x+sin
φcos
x)=sin(x+φ),其中tan
φ=,φ为辅助角.
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)sin
150°=sin
120°+sin
30°.
( )
(2)sin
60°cos
30°+cos
60°sin
30°=.
( )
(3)α,β∈R时,sin(α-β)=sin
αcos
β+cos
αsin
β.
( )
(4)sin
54°
cos
24°-sin
36°sin
24°=sin
30°.
( )
[提示] (1)公式错误.
(2)原式=sin(60°+30°)=sin
90°=1.
(3)sin(α-β)=sin
αcos
β-cos
αsin
β.
(4)原式=sin
54°cos
24°-cos
54°sin
24°
=sin(54°-24°)=sin
30°.
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
2.sin
=________.
[原式=sin=sin
cos
+cos
sin
=×+×=.]
3.sin
15°+cos
15°=________.
[原式=cos
30°sin
15°+sin
30°cos
15°=sin(30°+15°)=sin
45°=.]
类型1 两角和与差的正弦公式的简单应用
【例1】 求下列各式的值:
(1)sin
163°sin
223°+sin
253°sin
313°;
(2).
?1?从角和“形”入手,转化成两角和?差?的正弦求值.
?2?注意角的差异与变换:55°=60°-5°,85°=90°-5°.
[解] (1)原式=sin
163°sin(90°+133°)+sin(90°+163°)·sin(180°+133°)
=sin
163°cos
133°-cos
163°sin
133°
=sin(163°-133°)=sin
30°=.
(2)原式=
===1.
1.对于非特殊角的三角函数式,要想利用两角和与差的正弦、余弦公式求出具体数值,一般有以下三种途径:
(1)化为特殊角的三角函数值;
(2)化为正负相消的项,消去求值;
(3)化为分子、分母形式,进行约分再求值.
2.在进行求值过程的变换中,一定要本着先整体后局部的基本原则,先整体分析三角函数式的特点,如果整体符合三角公式,则整体变形,否则进行各局部的变换.
提醒:在逆用两角和与差的正弦和余弦公式时,首先要注意结构是否符合公式特点,其次注意角是否满足要求.
[跟进训练]
1.求下列各式的值:
(1)sin
165°;(2)sin
14°cos
16°+sin
76°cos
74°;
(3)sin(θ+75°)+cos(θ+45°)-cos(θ+15°).
[解] (1)sin
165°=sin(180°-15°)=sin
15°
=sin(45°-30°)=sin
45°cos
30°-cos
45°sin
30°=.
(2)sin
14°cos
16°+sin
76°cos
74°=sin
14°cos
16°+cos
14°sin
16°=sin(14°+16°)=sin
30°=.
(3)sin(θ+75°)+cos(θ+45°)-cos(θ+15°)
=sin(θ+15°+60°)+cos(θ+15°+30°)-cos(θ+15°)
=sin(θ+15°)cos
60°+cos(θ+15°)sin
60°+cos(θ+15°)cos
30°-sin(θ+15°)sin
30°-cos(θ+15°)=sin(θ+15°)+cos(θ+15°)+cos(θ+15°)-sin(θ+15°)-cos(θ+15°)=0.
类型2 给值求值
【例2】 已知0<β<,<α<,cos=,sin=,求cos(α+β)的值.
注意-=+?α+β?,可通过求出+β和-α的正、余弦值来求cos?α+β?.
[解] 由0<β<,<α<得
-<-α<0,<+β<π.
∴cos=-,sin=-,
cos(α+β)=sin
=sin
=sincos-cossin
=×-×=-.
解此类问题的关键是把“所求角”用“已知角”表示出来
?1?当“已知角”有两个时,“所求角”一般表示为两个“已知角”的和或差的形式.
?2?当“已知角”有一个时,此时应着眼于“所求角”与“已知角”的和或差的关系,然后应用诱导公式把“所求角”变成“已知角”.
?3?角的拆分方法不唯一,可根据题目合理选择拆分方式.
[跟进训练]
2.已知α,β是锐角,且sin
α=,cos(α+β)=-,求sin
β的值.
[解] ∵α是锐角,且sin
α=,
∴cos
α===.
又∵cos(α+β)=-,α,β均为锐角,
∴sin(α+β)==.
∴sin
β=sin(α+β-α)=sin(α+β)cos
α-cos(α+β)sin
α
=×-×=.
类型3 形如asin
x+bcos
x的函数的化简及应用
【例3】 (对接教材P54探究)已知函数f(x)=2sin-2cos
x,x∈,求函数f(x)的值域.
等式asin
x+bcos
x=Asin?x+φ?中A和φ一定存在吗?它们与a,b有什么关系?
[解] f(x)=2sin-2cos
x
=sin
x-cos
x=2sin,
∵≤x≤π,
∴≤x-≤.
∴≤sin≤1.
∴函数f(x)的值域为[1,2].
1.(变结论)本例条件不变,将函数f(x)用余弦函数表示.
[解] f(x)=sin
x-cos
x=2
=2
=-2
=-2cos.
2.(变结论)本例条件不变,求函数f(x)的单调区间.
[解] f(x)=2sin,
由2kπ-≤x-≤2kπ+,得2kπ-≤x≤2kπ+,与≤x≤π取交集得≤x≤,
∴函数f(x)的单调递增区间为;
由2kπ+≤x-≤2kπ+,
得2kπ+≤x≤2kπ+,与≤x≤π取交集得≤x≤π,
∴函数f(x)的单调递减区间为.
此类问题的求解思路如下:
首先将函数f?x?化简为f?x?=asin
x+bcos
x的形式;,然后借助辅助角公式化f?x?为f?x?=sin?x+φ?的形式;
最后,类比y=sin
x的性质,树立“x+φ”的团体意识研究y=f?x?的性质.
[跟进训练]
3.求函数y=cos
x+cos的最大值和最小值.
[解] y=cos
x+cos
=cos
x+cos
xcos
-sin
xsin
=cos
x+cos
x-sin
x
=cos
x-sin
x
==cos,
当x+=2kπ,k∈Z时,ymax=×1=;
当x+=π+2kπ,k∈Z时,ymin=×(-1)=-.
1.sin
20°cos
10°-cos
160°sin
10°=( )
A.
B.-
C.
D.-
A [原式=sin
20°cos
10°+cos
20°sin
10°
=sin(20°+10°)=sin
30°=.]
2.sin
-cos
=________.
- [原式=2
=2
=2sin
=-2sin
=-.]
3.=________.
[原式=
==sin
30°=.]
4.已知α,β∈,sin(α+β)=-,sin=,则sin=________.
- [由题意知,α+β∈,sin(α+β)=-<0,所以cos(α+β)=,
因为β-∈,
所以cos=-,
sin=sin
=sin(α+β)cos-cos(α+β)sin
=-.]
5.若函数f(x)=sin+cos,则f(x)的最小正周期为________;f(x)的值域为________.
π [-1,1] [因为f(x)=sin+cos=sin
2xcos+cos
2xsin+cos
2xcos
-sin
2xsin
=sin
2x+cos
2x+cos
2x-sin
2x
=cos
2x.
所以T==π.
又因为cos
2x∈[-1,1],
所以f(x)∈[-1,1].]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.本堂课主要学习了哪几个公式?
[提示] (1)sin(α±β)=sin
αcos
β±cos
αsin
β;
(2)asin
α+bcos
α=sin(α+φ),其中tan
φ=.
2.应用上述公式可以解决三角函数式的哪些问题?
[提示] 可以利用上述公式解决三角函数式的化简求值以及研究函数y=Asin(ωx+φ)的性质等问题.
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-
8
-10.1 两角和与差的三角函数
10.1.1 两角和与差的余弦
学
习
任
务
核
心
素
养
1.能利用向量的数量积推导出两角差的余弦公式的过程,进一步体会向量方法的作用.(难点)
2.能利用两角差的余弦公式推导出两角和的余弦公式.(重点)3.能用两角和与差的余弦公式化简、求值.(重点)
1.通过对两角和与差的余弦公式的推导,培养逻辑推理素养.2.通过应用两角和与差的余弦公式进行求值、化简和证明,培养数学运算和逻辑推理素养.
我们已经知道了30°,45°的正弦、余弦值,那么,能否根据这些值求出cos
15°的值呢?一般地,怎样根据α与β的三角函数值求出cos(α-β)的值?
知识点 两角和与差的余弦公式
(1)两角差的余弦公式
C(α-β):cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β.
(2)两角和的余弦公式
C(α+β):cos(α+β)=cos
αcos
β-sin
αsin
β.
cos(90°-30°)=cos
90°-cos
30°成立吗?
[提示] 不成立.
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)α,β∈R时,cos(α-β)=cos
αcos
β-sin
αsin
β.
( )
(2)cos
105°=cos
45°
cos
60°-sin
45°sin
60°.
( )
(3)cos
30°cos
120°+sin
30°sin
120°=0.
( )
(4)coscos+sinsin=cos
2α.
( )
[答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)√
2.cos
75°=________;cos
15°=________.
[cos
75°=cos(30°+45°)
=cos
30°cos
45°-sin
30°sin
45°=;
cos
15°=cos(45°-30°)=cos
45°cos
30°+sin
30°sin
45°=.]
类型1 两角和与差的余弦公式的简单应用
【例1】 求下列各式的值:
(1)cos
40°cos
70°+cos
20°cos
50°;
(2);
(3)cos
15°+sin
15°.
[解] (1)原式=cos
40°cos
70°+sin
70°sin
40°=cos(70°-40°)=cos
30°=.
(2)原式===cos
15°=cos(60°-45°)=cos
60°cos
45°+sin
60°sin
45°=.
(3)∵cos
60°=,sin
60°=,
∴cos
15°+sin
15°=cos
60°cos
15°+sin
60°sin
15°=cos(60°-15°)=cos
45°=.
1.两角和与差的余弦公式中,α,β可以是单个角,也可以是两个角的和或差,在运用公式时常将两角的和或差视为一个整体.
2.在运用公式化简求值时,要充分利用诱导公式构造两角和与差的余弦结构形式,然后逆用公式求值.
提醒:要重视诱导公式在角和函数名称的差异中的转化作用.
[跟进训练]
1.求下列各式的值.
(1)cos
75°cos
15°-sin
75°sin
195°;
(2)cos
24°cos
36°-sin
24°cos
54°;
(3).
[解] (1)cos
75°cos
15°-sin
75°sin
195°
=cos
75°cos
15°+sin
75°sin
15°
=cos(75°-15°)=cos
60°=.
(2)原式=cos
24°cos
36°-sin
24°sin
36°
=cos(24°+36°)=cos
60°=.
(3)原式=
=
=
=
=.
类型2 已知三角函数值求角
【例2】 已知锐角α,β满足sin
α=,cos
β=,求α+β的值.
以同角三角函数的基本关系为切入点,求得cos
α,sin
β的值,在此基础上,借助cos?α+β?的公式及α+β的范围,求得α+β的值.
[解] 因为α,β为锐角,且sin
α=,cos
β=,
所以cos
α===,sin
β===,
故cos(α+β)=cos
αcos
β-sin
αsin
β=×-×=.
由0<α<,0<β<,得0<α+β<π.
因为cos(α+β)>0,所以α+β为锐角,
所以α+β=.
已知三角函数值求角,一般分三步:
第一步:求角的某一三角函数值?该函数在所求角的取值区间上最好是单调函数?;
第二步:确定角的范围,由题意进一步缩小角的范围;
第三步:根据角的范围写出所求的角.
[跟进训练]
2.已知cos
α=,cos(α-β)=,且0<β<α<,求β的值.
[解] 由cos
α=,0<α<,
得sin
α===.
由0<β<α<,得0<α-β<.
又∵cos(α-β)=,
∴sin(α-β)===.
由β=α-(α-β),得cos
β=cos[α-(α-β)]=cos
αcos(α-β)+sin
αsin(α-β)=×+×=,
∴β=.
类型3 给值求值问题
【例3】 (对接教材P51例3)已知sin
α=-,sin
β=,且π<α<,<β<π,求cos(α-β).
[解] ∵sin
α=-,π<α<,
∴cos
α=-=-.
又∵sin
β=,<β<π,
∴cos
β=-=-,
∴cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β=×+×=.
1.(变条件)若将本题改为已知sin
α=-,sin
β=,且π<α<2π,0<β<,求cos(α-β).
[解] ∵sin
β=,0<β<,
∴cos
β==.
又sin
α=-,且π<α<2π,
①当π<α<时,cos
α=-=-,
∴cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β=×+×=-;
②当<α<2π时,cos
α==,
∴cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β
=×+×=.
综上所述,cos(α-β)=-或.
2.(变条件)若将本例改为已知sin
α=-,π<α<,cos(α-β)=,<β<π.求sin
β.
[解] ∵sin
α=-,且π<α<,
∴cos
α=-=-.
又∵<β<π,
∴-π<-β<-,
∴0<α-β<π.
又cos(α-β)=,
∴sin(α-β)=
==,
∴cos
β=cos[α-(α-β)]=cos
α·cos(α-β)+sin
α·sin(α-β)
=×+×=-,
∴sin
β==.
1.利用和(差)角的余弦公式求值时,不能机械地从表面去套公式,而要变通地从本质上使用公式,即把所求的角分解成某两个角的和(差),并且这两个角的正、余弦函数值是已知的或可求的,再代入公式即可求解.
2.在将所求角分解成某两角的和(差)时,应注意如下变换:
α=(α+β)-β,α=β-(β-α),α=(2α-β)-(α-β),2α=[(α+β)+(α-β)],2α=[(β+α)-(β-α)]等.
提醒:注意角的范围对三角函数值符号的限制.
[跟进训练]
3.已知α,β均为锐角,且cos
α=,cos
β=,求α-β的值.
[解] ∵α,β均为锐角,
∴sin
α=,sin
β=.
∴cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β
=×+×=.
又sin
αβ,∴0<α<β<,
∴-<α-β<0.故α-β=-.
1.cos
20°等于( )
A.cos
30°cos
10°-sin
30°sin
10°
B.cos
30°cos
10°+sin
30°sin
10°
C.sin
30°cos
10°-sin
10°cos
30°
D.sin
30°cos
10°+sin
10°cos
30°
[答案] B
2.cos(α-35°)cos(25°+α)+sin(α-35°)sin(25°+α)的值为( )
A.-
B.
C.-
D.
B [原式=cos[(α-35°)-(25°+α)]
=cos(-60°)=cos
60°=.]
3.已知cos(α+β)=,cos(α-β)=-,则cos
αcos
β的值为( )
A.0
B.
C.
D.
A [cos(α+β)=cos
αcos
β-sin
αsin
β=,
cos(α-β)=cos
αcos
β+sin
αsin
β=-,
∴2cos
αcos
β=0.
∴cos
αcos
β=0.]
4.cos
105°+sin
195°=________.
[cos
105°+sin
195°=cos
105°+sin(105°+90°)
=cos
105°+cos
105°
=2cos(135°-30°)
=2(cos
135°cos
30°+sin
135°sin
30°)
=2=.]
5.若sin
α=,α∈,则cos
的值为________.
- [∵α∈,sin
α=,
∴cos
α=-.
∴cos=coscos
α+sinsin
α
=×+×
=-.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.两角和与差的余弦公式各有什么结构特征?
[提示] (1)
简记为:“余余正正,符号相反”.
(2)
简记为:“余余正正,符号相反”.
2.已知cos(α+β)和sin
β的值,如何求cos
α的值?
[提示] 由α=(α+β)-β可知,cos
α=cos[(α+β)-β]=cos(α+β)cos
β+sin(α+β)sin
β,故可先求出sin(α+β)及cos
β的值,代入上式求得cos
α的值.
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