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- 2021-06-24 发布
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第3节 两角和与差的正弦、余弦和正切公式
考试要求 1.会用向量的数量积推导出两角差的余弦公式;2.能利用两角差的余弦公式导出两角差的正弦、正切公式;3.能利用两角差的余弦公式导出两角和的正弦、余弦、正切公式,导出二倍角的正弦、余弦、正切公式,了解它们的内在联系;4.能运用上述公式进行简单的恒等变换(包括导出积化和差、和差化积、半角公式,但对这三组公式不要求记忆).
知 识 梳 理
1.两角和与差的正弦、余弦和正切公式
sin(α±β)=sin αcos β±cos αsin β.
cos(α∓β)=cos αcos β±sin αsin β.
tan(α±β)=.
2.二倍角的正弦、余弦、正切公式
sin 2α=2sin αcos α.
cos 2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α.
tan 2α=.
3.函数f(α)=asin α+bcos α(a,b为常数),可以化为f(α)=sin(α+φ)或f(α)=·cos(α-φ).
[常用结论与微点提醒]
1.tan α±tan β=tan(α±β)(1∓tan αtan β).
2.cos2α=,sin2α=.
3.1+sin 2α=(sin α+cos α)2,1-sin 2α=(sin α-cos α)2,
sin α±cos α=sin.
诊 断 自 测
1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)
(1)两角和与差的正弦、余弦公式中的角α,β是任意的.( )
(2)存在实数α,β,使等式sin(α+β)=sin α+sin β成立.( )
(3)公式tan(α+β)=可以变形为tan α+tan β
=tan(α+β)(1-tan αtan β),且对任意角α,β都成立.( )
(4)存在实数α,使tan 2α=2tan α.( )
解析 (3)变形可以,但不是对任意的α,β都成立,α,β,α+β≠+kπ(k∈Z).
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√
2.(新教材必修第一册P217T3改编)已知cos α=-,α∈,则sin等于( )
A.- B. C.- D.
解析 ∵α∈,且cos α=-,∴sin α=-,
∴sin=-×+×=-.
答案 C
3.(老教材必修4P131T4改编)已知tan=2,则tan α=( )
A. B.- C. D.-
解析 tan==2,解得tan α=.
答案 A
4.(2018·全国Ⅲ卷)若sin α=,则cos 2α=( )
A. B. C.- D.-
解析 由题意得cos 2α=1-2sin2α=1-2×=1-=.
答案 B
5.(2020·揭阳一模)若sin=,则sin4α-cos4α的值为( )
A. B. C.- D.-
解析 sin=cos 2α=,sin4α-cos4α=sin2α-cos2α=-cos 2α=-.
答案 D
6.(2019·南昌一模)已知角α的终边经过点P(sin 47°,cos 47°),则sin(α-13°)=( )
A. B. C.- D.-
解析 由三角函数定义,sin α=cos 47°,cos α=sin 47°,
则sin(α-13°)=sin αcos 13°-cos αsin 13°
=cos 47°cos 13°-sin 47°sin 13°
=cos(47°+13°)=cos 60°=.
答案 A
考点一 三角函数式的化简
【例1】 (1)化简:=________.
解析 原式=
=
===cos 2x.
答案 cos 2x
(2)化简:-2cos(α+β).
解 原式=
=
=
=
==.
规律方法 (1)三角函数式的化简要遵循“三看”原则:
一看角,二看名,三看式子结构与特征.
(2)三角函数式的化简要注意观察条件中角之间的联系(和、差、倍、互余、互补等),寻找式子和三角函数公式之间的共同点.
【训练1】 (1)化简:sin(α+β)cos(γ-β)-cos(β+α)sin(β-γ)=________.
(2)化简:·=________.
解析 (1)sin(α+β)cos(γ-β)-cos(β+α)sin(β-γ)
=sin(α+β)cos (β-γ)-cos(α+β)sin(β-γ)
=sin[(α+β)-(β-γ)]=sin(α+γ).
(2)原式=tan(90°-2α)·
=··
=··=.
答案 (1)sin(α+γ) (2)
考点二 三角函数式的求值 多维探究
角度1 给值求值
【例2-1】 (1)已知x∈,tan x=,则=________.
(2)(2020·康杰中学联考)已知α-β=,tan α-tan β=3,则cos(α+β)的值为( )
A.+ B.-
C.+ D.-
解析 (1)由题意得,4sin x=3cos x,
又sin2x+cos2x=1,且x∈,
解得cos x=,sin x=,
又=
==
=2sin x=2×=.
(2)由tan α-tan β=3,得-=3,
即=3.
∴sin(α-β)=3cos αcos β.
又知α-β=,∴cos αcos β=.
而cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=,
∴sin αsin β=-.
∴cos(α+β)=cos αcos β-sin αsin β=-=-.
答案 (1) (2)D
规律方法 给值求值问题一般是将待求式子化简整理,看需要求相关角的哪些三角函数值,然后根据角的范围求出相应角的三角函数值,代入即可.
角度2 给角求值
【例2-2】 (1)+=( )
A.-4 B.4 C.-2 D.2
(2)[2sin 50°+sin 10°(1+tan 10°)]·=________.
解析 (1)+=-
==
===4.
(2)原式=·
sin 80°=·
cos 10°=2[sin 50°·cos 10°+sin 10°·cos(60°-10°)]
=2sin(50°+10°)=2×=.
答案 (1)B (2)
规律方法 给角(非特殊角)求值的三个基本思路:(1)化非特殊角为特殊角;(2)化为正负相消的项,消去后求值;(3)化简分子、分母使之出现公约式,约分后求值.
角度3 给值求角
【例2-3】 (1)已知coscos=-,α∈,则α=________.
(2)已知α,β∈(0,π),且tan(α-β)=,tan β=-,则2α-β的值为________.
解析 (1)coscos=sincos
=sin=-,即sin=-,
又α∈,则-2α∈,
所以-2α=-,得α=.
(2)∵tan α=tan[(α-β)+β]=
==>0,
又α∈(0,π),∴0<α<,
又∵tan 2α===>0,
∴0<2α<,
∴tan(2α-β)===1.
∵tan β=-<0,∴<β<π,-π<2α-β<0,
∴2α-β=-.
答案 (1) (2)-
规律方法 “给值求角”:实质是转化为“给值求值”,先求角的某一函数值,再求角的范围,最后确定角.遵照以下原则:(1)已知正切函数值,选正切函数;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;(2)若角的范围是(0,π),选余弦较好;若角的范围为,选正弦较好.
【训练2】 (1)(角度1)(2020·普宁联考)已知tan=2,α∈,则sin cos +cos2-=________.
(2)(角度2)cos2+sin cos =________.
(3)(角度3)已知α,β为锐角,cos α=,且sin(α+β)=,则角β=________.
解析 (1)∵tan=2,∴tan=-2,
即tan===-2,
∴cos=-2sin.
∵α∈,∴α+∈.
又知cos2+sin2=1,
解得cos=-,sin=.
则sin cos +cos2-=sin α+cos α
=sin=.
(2)cos2+sin cos =+sin
=+cos+sin
=+×+×=.
(3)∵α为锐角,且cos α=,
∴sin α==.
∵α,β∈,∴0<α+β<π.
又∵sin(α+β),
∴cos(α+β)=-.
cos β=cos[(α+β)-α]=cos(α+β)cos α+sin(α+β)sin α
=-×+×==.
∴β=.
答案 (1) (2) (3)
考点三 三角恒等变换的应用
【例3】 已知函数f(x)=+2sin x.
(1)在△ABC中,cos A=-,求f(A)的值;
(2)求函数f(x)的最小正周期及其图象的对称轴的方程.
解 (1)由sin x+cos x≠0得x≠kπ-,k∈Z.
因为f(x)=+2sin x=+2sin x
=cos x+sin x,
在△ABC中,cos A=-<0,所以0,
因为cos 2α=sin,
所以(cos α+sin α)(cos α-sin α)=(sin α+cos α),
所以cos α-sin α=,可得α∈.
将cos α-sin α=两边平方可得1-2sin αcos α=,
∴sin αcos α=,∴=.
分子、分母同除以cos2α可得=,
解得tan α=或(舍),即tan α=.
答案 A
13.已知cos α=,cos(α-β)=,且0<β<α<,则β=________.
解析 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=.
答案
14.已知函数f(x)=·cos(x+θ)为奇函数,且f=0,其中a∈R,θ∈(0,π).
(1)求a,θ的值;
(2)若α∈,f+coscos 2α=0,求cos α-sin α的值.
解 (1)因为f(x)=cos(x+θ)是奇函数,
所以cos(x+θ)=-cos,
化简、整理得,cos xcos θ=0,则有cos θ=0,
由θ∈(0,π),得θ=,
所以f(x)=-sin x·.
由f=0,得-(a+1)=0,即a=-1.
(2)由(1)知f(x)=-sin 2x,
f+coscos 2α=0⇒sin=coscos 2α,
因为cos 2α=sin=sin
=2sincos,
所以sin=cos2sin.
又α∈,
所以sin=0或cos2=.
由sin=0⇒α=,
所以cos α-sin α=cos -sin =-;
由cos2=,<α+<,
得cos=-⇒(cos α-sin α)=-⇒cos α-sin α=-.
综上,cos α-sin α=-或cos α-sin α=-.
C级 创新猜想
15.(多选题)已知函数f(x)=sin-2sin·cos,则下列关于函数f(x)的描述正确的是( )
A.f(x)在区间上单调递增
B.f(x)图象的一个对称中心是
C.f(x)图象的一条对称轴是x=-
D.将f(x)的图象向右平移个单位长度后,所得函数图象关于y轴对称
解析 f(x)=sin-2sincos
=cos 2x+sin 2x+sin2x-cos2x
=cos 2x+sin 2x-cos 2x=sin,
由2kπ-≤2x-≤2kπ+(k∈Z),
得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
当k=0时,⊆,故A正确;
f=sin =1≠0,故B不正确;
f=-sin =-1,故C正确;
将f(x)的图象向右平移个单位长度得到函数y=sin的图象,显然不关于y轴对称,故D不正确.
答案 AC
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