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- 2021-06-16 发布
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4.2 同角三角函数基本关系及诱导公式
1.同角三角函数的基本关系
(1)平方关系:sin2α+cos2α=1.
(2)商数关系:=tan α.
2.各角的终边与角α的终边的关系
角
2kπ+α(k∈Z)
π+α
-α
图示
与角α终边的关系
相同
关于原点对称
关于x轴对称
角
π-α
-α
+α
图示
与角α终边的关系
关于y轴对称
关于直线y=x对称
3.六组诱导公式
组数
一
二
三
四
五
六
角
2kπ+α(k∈Z)
π+α
-α
π-α
-α
+α
正弦
sin α
-sin α
-sin α
sin α
cos α
cos α
余弦
cos α
-cos α
cos α
-cos α
sin α
-sin α
正切
tan α
tan α
-tan α
-tan α
口诀
函数名不变
符号看象限
函数名改变符号看象限
【知识拓展】
1.诱导公式的记忆口诀:奇变偶不变,符号看象限.
2.同角三角函数基本关系式的常用变形
(sin α±cos α)2=1±2sin αcos α;
(sin α+cos α)2+(sin α-cos α)2=2;
(sin α+cos α)2-(sin α-cos α)2=4sin αcos α.
【思考辨析】
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若α,β为锐角,则sin2α+cos2β=1.( × )
(2)若α∈R,则tan α=恒成立.( × )
(3)sin(π+α)=-sin α成立的条件是α为锐角.( × )
(4)诱导公式的记忆口诀中“奇变偶不变,符号看象限”,其中的奇、偶是指的奇数倍和偶数倍,变与不变指函数名称的变化.( √ )
1.(2015·福建改编)若sin α=-,且α为第四象限角,则tan α的值为 .
答案 -
解析 ∵sin α=-,且α为第四象限角,∴cos α=,
∴tan α==-.
2.(教材改编)已知cos θ=,且<θ<2π,那么tan θ的值为 .
答案 -
解析 因为θ为第四象限角,所以tan θ<0,sin θ<0,
sin θ=-=-,所以tan θ==-.
3.(2016·连云港模拟)计算:sin π+cos π= .
答案 -1
解析 ∵sin π=sin(π+π)=-sin =-,
cos π=cos(2π+)=cos =-,
∴sin π+cos π=-1.
4.(教材改编)已知tan α=1,则= .
答案
解析 原式===.
5.(教材改编)化简:
+= .
答案 1
解析 因为tan(3π-α)=-tan α,sin(π-α)=sin α,
sin(-α)=-cos α,sin(2π-α)=-sin α,
cos(α-)=cos(α+)=-sin α,
sin(+α)=-cos α,cos(2π+α)=cos α,
所以原式=+
=-
=
==1.
题型一 同角三角函数关系式的应用
例1 (1)已知sin αcos α=,且<α<,则cos α-sin α的值为 .
(2)(2016·苏州期末)已知θ是第三象限角,且sin θ-2cos θ=-,则sin θ+cos θ= .
答案 (1) (2)-
解析 (1)∵<α<,
∴cos α<0,sin α<0且cos α>sin α,
∴cos α-sin α>0.
又(cos α-sin α)2=1-2sin αcos α=1-2×=,
∴cos α-sin α=.
(2)由得
5cos2θ-cos θ-=0,解得cos θ=或-.
因为θ是第三象限角,所以cos θ=-,
从而sin θ=-,所以sin θ+cos θ=-.
思维升华 (1)利用sin2α+cos2α=1可以实现角α的正弦、余弦的互化,利用=tan α可以实现角α的弦切互化.
(2)应用公式时注意方程思想的应用:对于sin α+cos α,sin αcos α,sin α-cos α这三个式子,利用(sin α±cos α)2=1±2sin αcos α,可以知一求二.
(3)注意公式逆用及变形应用:1=sin2α+cos2α,sin2α=1-cos2α,cos2α=1-sin2α.
已知sin α-cos α=,α∈(0,π),则tan α= .
答案 -1
解析 由
消去sin α得2cos2α+2cos α+1=0,
即(cos α+1)2=0,
∴cos α=-.
又α∈(0,π),
∴α=,
∴tan α=tan=-1.
题型二 诱导公式的应用
例2 (1)(2016·宿迁模拟)已知f(x)=
,则f(-)= .
(2)已知A=+(k∈Z),则A的值构成的集合是 .
答案 (1)-1 (2){2,-2}
解析 (1)f(x)==-tan2x,
f(-)=-tan2(-)=-tan2π=-1.
(2)当k为偶数时,A=+=2;
当k为奇数时,A=-=-2.
∴A的值构成的集合是{2,-2}.
思维升华 (1)诱导公式的两个应用
①求值:负化正,大化小,化到锐角为终了.
②化简:统一角,统一名,同角名少为终了.
(2)含2π整数倍的诱导公式的应用
由终边相同的角的关系可知,在计算含有2π的整数倍的三角函数式中可直接将2π的整数倍去掉后再进行运算,如cos(5π-α)=cos(π-α)=-cos α.
(1)化简:= .
(2)(2016·南京模拟)已知角α终边上一点P(-4,3),则
的值为 .
答案 (1)-1 (2)-
解析 (1)原式=
==
=-=-·=-1.
(2)原式==tan α,
根据三角函数的定义得tan α=-.
题型三 同角三角函数关系式、诱导公式的综合应用
例3 (1)已知α为锐角,且有2tan(π-α)-3cos(+β)+5=0,tan(π+α)+6sin(π+β)-1=0,则sin α的值是 .
答案
解析 2tan(π-α)-3cos(+β)+5=0化简为
-2tan α+3sin β+5=0, ①
tan(π+α)+6sin(π+β)-1=0化简为
tan α-6sin β-1=0. ②
由①②消去sin β,解得tan α=3.
又α为锐角,根据sin2α+cos2α=1,
解得sin α=.
(2)已知-π0,
∴cos x>0,sin x-cos x<0,
故sin x-cos x=-.
②=
=
==-.
引申探究
本题(2)中,若将条件“-π0,cos x<0,
∴sin x-cos x>0,
又(sin x-cos x)2=1-2sin xcos x=,
故sin x-cos x=.
思维升华 (1)利用同角三角函数关系式和诱导公式求值或化简时,关键是寻求条件、结论间的联系,灵活使用公式进行变形.
(2)注意角的范围对三角函数符号的影响.
已知sin α是方程5x2-7x-6=0的根,
求的值.
解 由于方程5x2-7x-6=0的两根为2和-,
所以sin α=-,
再由sin2α+cos2α=1,得cos α=±=±,
所以tan α=±,
所以原式=
=tan α=±.
7.分类讨论思想在三角函数中的应用
典例 (1)已知sin α=,则tan(α+π)+= .
(2)已知k∈Z,化简:= .
思想方法指导 (1)在利用同角三角函数基本关系式中的平方关系时,要根据角的范围对开方结果进行讨论.
(2)利用诱导公式化简时要对题中整数k是奇数或偶数进行讨论.
解析 (1)∵sin α=>0,∴α为第一或第二象限角.
tan(α+π)+=tan α+
=+=.
①当α是第一象限角时,cos α==,
原式==.
②当α是第二象限角时,cos α=-=-,
原式==-.
综合①②知,原式=或-.
(2)当k=2n(n∈Z)时,
原式=
=
==-1;
当k=2n+1(n∈Z)时,
原式=
=
==-1.
综上,原式=-1.
答案 (1)或- (2)-1
1.(2016·盐城模拟)已知cos α=,α∈(0,π),则tan α的值为 .
答案
解析 ∵α∈(0,π),
∴sin α= = =,
由tan α=,得tan α=.
2.已知cos α=,且-<α<0,
则= .
答案 -2
解析 原式==tan α,
∵cos α=,-<α<0,∴sin α=-=-,
∴tan α==-2.
3.若角α的终边落在第三象限,则+的值为 .
答案 -3
解析 由角α的终边落在第三象限,
得sin α<0,cos α<0,
故原式=+=+=-1-2
=-3.
4.若sin(π-α)=-2sin(+α),则sin α·cos α的值为 .
答案 -
解析 由sin(π-α)=-2sin(+α),可得sin α=-2cos α,则tan α=-2,sin α·cos α===-.
5.已知函数f(x)=asin(πx+α)+bcos(πx+β),且f(4)=3,则f(2 017)的值为 .
答案 -3
解析 ∵f(4)=asin(4π+α)+bcos(4π+β)
=asin α+bcos β=3,
∴f(2 017)=asin(2 017π+α)+bcos(2 017π+β)
=asin(π+α)+bcos(π+β)
=-asin α-bcos β
=-3.
6.(2016·扬州模拟)若sin θ,cos θ是方程4x2+2mx+m=0的两根,则m的值为 .
答案 1-
解析 由题意知sin θ+cos θ=-,sin θcos θ=,
又(sin θ+cos θ)2=1+2sin θcos θ,∴=1+,
解得m=1±,又Δ=4m2-16m≥0,
∴m≤0或m≥4,∴m=1-.
7.已知α为钝角,sin(+α)=,则sin(-α)= .
答案 -
解析 因为α为钝角,所以cos(+α)=-,
所以sin(-α)=cos[-(-α)]=cos(+α)=-.
8.(2016·江苏如东高级中学期中)若sin α=2cos α,则sin2α+2cos2α的值为 .
答案
解析 由sin α=2cos α,得tan α=2,
因此sin2α+2cos2α=
===.
9.已知角θ的顶点在坐标原点,始边与x轴正半轴重合,终边在直线2x-y=0上,则= .
答案 2
解析 由题意可得tan θ=2,
原式===2.
10.(2016·无锡模拟)已知α为第二象限角,则
cos α+sin α = .
答案 0
解析 原式=cos α +sin α
=cos α+sin α,
因为α是第二象限角,所以sin α>0,cos α<0,
所以cos α+sin α=-1+1=0,即原式等于0.
11.已知sin(3π+α)=2sin,求下列各式的值:
(1);
(2)sin2α+sin 2α.
解 由已知得sin α=2cos α.
(1)原式==-.
(2)原式=
==.
12.已知在△ABC中,sin A+cos A=.
(1)求sin Acos A的值;
(2)判断△ABC是锐角三角形还是钝角三角形;
(3)求tan A的值.
解 (1)∵(sin A+cos A)2=,
∴1+2sin Acos A=,
∴sin Acos A=-.
(2)∵sin Acos A<0,
又00,
∴sin A-cos A=,
∴sin A=,cos A=-,
故tan A=-.
13.已知f(x)=(n∈Z).
(1)化简f(x)的表达式;
(2)求f()+f()的值.
解 (1)当n为偶数,即n=2k(k∈Z)时,
f(x)=
==
=sin2x;
当n为奇数,即n=2k+1(k∈Z)时,
f(x)=
=
===sin2x,
综上得f(x)=sin2x.
(2)由(1)得f()+f()
=sin2+sin2
=sin2+sin2(-)
=sin2+cos2=1.