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- 2021-07-01 发布
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第2讲 三角恒等变换与解三角形
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1.三角恒等变换是高考必考内容,可以单独命题,也可以与三角函数图象和性质综合,有时与解三角形综合.难度一般不大,单独命题多以选择题、填空题的形式出现,有时与其他知识综合,以解答题的形式出现.
2.解三角形主要考查正、余弦定理、面积的综合问题,有时也涉及三角恒等变换,难度中等.单独考查以选择题、填空题为主,综合考查以解答题为主.
[真题体验]
1.(2019·全国Ⅱ卷)已知α∈,2sin 2α=cos 2α+1,则sin α=( )
A. B.
C. D.
解析:B [∵α∈,由2sin 2α=cos 2α+1得:4sin αcos α=2cos2 α,∴2sin α=cos α,∴2sin α=,∴5sin2 α=1,∴sin2 α=,∴sin α=.]
2.(2019·全国Ⅰ卷)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知asin A-bsin B=4csin C,cos A=-,则=( )
A.6 B.5
C.4 D.3
解析:A [∵asin A-bsin B=4csin C,
∴a2-b2=4c2,
∵cos A=-,
∴=-,即=-,
∴=4×=6.]
3.(2019·天津卷)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知b+c=2a,3csin B=4asin C.
(1)求cos B的值;
- 18 -
(2)求sin的值.
解:(1)在△ABC中,由正弦定理=,得bsin C=csin B,又由3csin B=4asin C,得3bsin C=4asin C,即3b=4a.又因为b+c=2a,得到b=a,c=a,由余弦定理可得cos B===-.
(2)由(1)可得sin B==,从而sin 2B=2sin Bcos B=-,cos 2B=cos2B-sin2B=-,故sin=sin 2Bcos+cos 2Bsin=-×-×=-.
[主干整合]
1.两角和与差的正弦、余弦、正切公式
(1)sin(α±β)=sin αcos β±cos αsin β.
(2)cos(α±β)=cos αcos β∓sin αsin β.
(3)tan(α±β)=.
2.二倍角的正弦、余弦、正切公式
(1)sin 2α=2sin αcos α.
(2)cos 2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α.
(3)tan 2α=.
3.辅助角公式
asin x+bcos x=sin(x+φ),其中tan φ=.
4.正弦定理及其变形
在△ABC中,===2R(R为△ABC的外接圆半径).
变形:a=2Rsin A,b=2Rsin B,c=2Rsin C,sin A=,sin B=,sin C=,a∶b∶c=sin A∶sin B∶sin C.
5.余弦定理及其变形
在△ABC中,a2=b2+c2-2bccos A;
- 18 -
变形:b2+c2-a2=2bccos A,cos A=.
6.三角形面积公式
S△ABC=absin C=bcsin A=acsin B.
热点一 三角恒等变换与求值
数学
运算
素养
数学运算——三角函数式化简求值中的核心素养
三角运算是重要的“数学运算”,在正确分析条件和所求的基础上明确运算的方法,灵活地选用三角公式,完成三角运算.
[例1] (1)(2019·江苏卷)已知=-,则sin的值是________.
[解析] 方法1:由===-,
解得tan α=2或-.
sin=(sin 2α+cos 2α)
=(2sin αcos α+2cos2α-1)
=(sin αcos α+cos2α)-
=·-
=·-,
将tan α=2和-分别代入得sin=.
- 18 -
方法2:∵==-,
∴sin αcos=-cos αsin.①
又sin=sin
=sincos α-cossin α=,②
由①②,解得sin αcos=-,
cos αsin=.
∴sin=sin
=sin αcos+cos αsin=.
[答案]
(2)(2018·浙江卷)已知角α的顶点与原点O重合,始边与x轴的非负半轴重合,它的终边过点P.
(ⅰ)求sin(α+π)的值;
(ⅱ)若角β满足sin(α+β)=,求cos β的值.
[解析] (ⅰ)由角α的终边过点P得sin α=-,所以sin(α+π)=-sin α=.
(ⅱ)由角α的终边过点P得cos α=-,
由sin(α+β)=得
cos(α+β)=±.
- 18 -
由β=(α+β)-α得
cos β=cos(α+β)cos α+sin(α+β)sin α,
所以cos β=-或cos β=.
[答案] (ⅰ) (ⅱ)-或
(1)三角变换的关键在于对两角和与差的正弦、余弦、正切公式,二倍角公式,三角恒等变换公式的熟记和灵活应用,要善于观察各个角之间的联系,发现题目所给条件与恒等变换公式的联系,公式的使用过程要注意正确性,要特别注意公式中的符号和函数名的变换,防止出现张冠李戴的情况.
(2)求角问题要注意角的范围,要根据已知条件将所求角的范围尽量缩小,避免产生增解.
(1)(2019·维坊三模)已知sin α=,sin(α-β)=-,α,β均为锐角,则β等于( )
A. B.
C. D.
解析:C [因为α,β均为锐角,所以-<α-β<.
又sin(α-β)=-,所以cos(α-β)=.
又sin α=,所以cos α=,
所以sin β=sin[α-(α-β)]
=sin αcos(α-β)-cos αsin(α-β)
=×-×=.
所以β=.]
(2)(2020·广西三市联考)设α为锐角,若cos=,则sin的值为________.
解析:因为α为锐角且cos=>0,
- 18 -
所以α+∈,所以sin=.
所以sin=sin
=sin 2cos -cos 2sin
=sincos-
=××-
=-=.
答案:
热点二 正、余弦定理的应用
用正、余弦定理求解边、角、面积
[例2-1] (2019·全国Ⅰ卷)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.设(sin B-sin C)2=sin2A-sin Bsin C.
(1)求A;
(2)若a+b=2c,求sin C.
[解析] (1)由已知得sin2B+sin2C-sin2A=sin Bsin C,
故由正弦定理得b2+c2-a2=bc.
由余弦定理得cos A==.
因为0°<A<180°,所以A=60°.
(2)由(1)知B=120°-C,
由题设及正弦定理得sin A+sin(120°-C)=2sin C,
即+cos C+sin C=2sin C,
可得cos(C+60°)=-.
因为0°<C<120°,所以sin(C+60°)=,
故sin C=sin(C+60°-60°)
=sin(C+60°)cos 60°-cos(C+60°)sin 60°=.
- 18 -
关于解三角形问题,一般要用到三角形的内角和定理,正弦、余弦定理及有关三角形的性质,常见的三角变换方法和原则都适用,同时要注意“三统一”,即“统一角、统一函数、统一结构”,这是使问题获得解决的突破口.
用正、余弦定理解决实际问题
[例2-2]
(2019·重庆二诊)如图,一辆汽车在一条水平的公路上向正西行驶,到A处时测得公路北侧一山顶D在西偏北30°的方向上,行驶600 m后到达B处,测得此山顶在西偏北75°的方向上,仰角为30°,则此山的高度CD=________m.
[解析] 由题意,在△ABC中,∠BAC=30°,
∠ABC=180°-75°=105°,故∠ACB=45°.
又AB=600 m,故由正弦定理得=.
解得BC=300m.
在Rt△BCD中,CD=BC·tan 30°=300×=100(m).
[答案] 100
解三角形实际问题三步骤
(1)分析题意,准确理解题意,分清已知与所求,尤其要理解题中的有关名词、术语;
(2)根据题意画出示意图,并将已知条件在图形中标出;
(3)将所求问题归结到一个或几个三角形中,通过合理运用正、余弦定理等有关知识正确求解.
(1)
(2019·威海三模)如图,在△ABC中,点D在AC上,AB⊥BD,BC=3,BD=5,sin∠ABC=,则CD的长为( )
A. B.4
- 18 -
C.2 D.5
解析:B [利用余弦定理求解.因为sin∠ABC=sin=cos∠DBC=,在△DBC中,由余弦定理可得CD2=BD2+BC2-2BD·BCcos∠DBC=25+27-2×5×3×=16,所以CD=4,故选B.]
(2)
如图所示,位于东海某岛的雷达观测站A,发现其北偏东45°,与观测站A距离20海里的B处有一货船正匀速直线行驶,半小时后,又测得该货船位于观测站A东偏北θ(0°<θ<45°)的C处,且cos θ=.已知A,C两处的距离为10海里,则该货船的船速为________海里/小时.
解析:因为cos θ=,0°<θ<45°,
所以sin θ=,
cos(45°-θ)=×+×=,
在△ABC中,
BC2=800+100-2×20×10×=340,
所以BC=2,
该货船的船速为4海里/小时.
答案:4
热点三 与解三角形的交汇创新
[例3] (2020·烟台模拟)已知在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且sin B=,+=.
(1)求证:0<B≤;
(2)若·=,求|+|.
[审题指导] (1)三角恒等变换,利用重要不等式转化关于cos B的不等式.
- 18 -
(2)由数量积求ac,再由模长公式结合余弦定理求模.
[解析] (1)证明:因为+
=====,
所以sin Asin C=sin2B,由正弦定理可得b2=ac,
因此b2=a2+c2-2accos B≥2ac-2accos B,
所以cos B≥,又0<B<π,所以0<B≤.
(2)由(1)知0<B≤,又sin B=,
所以cos B== =.
所以=·=cacos B=ac,解得ac=2,
因此b2=2.
由余弦定理得b2=a2+c2-2accos B,
所以a2+c2=b2+2accos B=2+2×2×=5.
从而|+|2=a2+c2+2·=5+2×=8,
故|+|=2.
以向量的运算为载体考查三角函数、三角变换、解三角形及不等式.这类综合问题的解法思路是:通过向量的运算把向量问题转化为三角函数问题或解三角形问题,再利用三角变换或正(余)弦定理综合解决.
(2020·山师附中模拟)已知m=,n=,设函数f(x)=m·n.
(1)求函数f(x)的单调增区间;
(2)设△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且a,b,c成等比数列,求f(B)的取值范围.
解析:(1)f(x)=m·n=·=sin+,
令2kπ-≤+≤2kπ+,
则4kπ-≤x≤4kπ+,k∈Z,
- 18 -
所以函数f(x)单调递增区间为,k∈Z.
(2)由b2=ac可知cos B==≥=(当且仅当a=c时取等号),
所以0<B≤,<+≤,1<f(B)≤,
综上f(B)的取值范围为.
- 18 -
限时50分钟 满分76分
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.(2020·河北省六校联考)已知α∈(0,π),且tan α=2,则cos 2α+cos α=( )
A. B.
C. D.
解析:B [∵α∈(0,π),tan α=2,∴α在第一象限,cos α=,cos 2α+cos α=2cos2α-1+cos α=2×2-1+=-+=,选B.]
2.(2020·日照模拟)已知sin 2α=,则cos2=( )
A. B.
C. D.
解析:C [∵sin 2α=cos=2cos2-1=,∴cos2=.]
3.(组合型选择题)下列式子的运算结果为的是( )
①tan 25°+tan 35°+tan 25°tan 35°;
②2(sin 35°cos 25°+cos 35°cos 65°);
③; ④.
A.①②④ B.③④
C.①②③ D.②③④
解析:C [对于①,tan 25°+tan 35°+tan 25°tan 35°=tan(25°+35°)(1-tan 25°tan 35°)+tan 25°tan 35°=-tan 25°tan 35°+tan 25°tan 35°=;
对于②,2(sin 35°cos 25°+cos 35°cos 65°)=2(sin 35°cos 25°+cos 35°sin 25°)=2sin 60°=;
对于③,==tan 60°=;
- 18 -
对于④,=×=×tan=.
综上,式子的运算结果为的是①②③.故选C.]
4.(2019·沈阳质检)已知△ABC的内角分别为A,B,C,AC=,BC=2,B=60°,则BC边的高为( )
A. B.
C. D.
解析:B [由余弦定理AC2=AB2+BC2-2AB·BCcos B,得7=AB2+4-4ABcos 60°,即AB2-2AB-3=0,得AB=3,则BC边上的高为ABsin 60°=,故选B.]
5.(2020·广西南宁、玉林、贵港等市摸底)在△ABC中,A,B,C的对边分别为a,b,c,已知c=,C=,sin B=2sin A,则△ABC的周长是( )
A.3 B.2+
C.3+ D.4+
解析:C [在△ABC中,sin B=2sin A,∴由正弦定理得b=2a,由余弦定理得c2=a2+b2-2abcos C=a2+4a2-2a2=3a2,又c=,∴a=1,b=2.∴△ABC的周长是a+b+c=1+2+=3+.故选C.]
6.
(2019·保定二模)已知在河岸A处看到河对岸两个帐篷C,D分别在北偏东45°和北偏东30°方向,若向东走30米到达B处后再次观察帐篷C,D,此时C,D分别在北偏西15°和北偏西60°方向,则帐篷C,D之间的距离为( )
A.10米 B.10米
C.5米 D.5米
解析:C [由题意可得∠DAB=60°,∠CAB=45°,∠CBA=75°,∠DBA=30°,在△ABD中,∠DAB=60°,∠DBA=30°,AB=30,所以∠ADB=90°,sin∠DAB=sin 60°=,解得BD=15.在△ABC中,∠CAB=45°,∠CBA=75°,所以∠ACB=60°,=
- 18 -
,解得BC=10.在△BCD中,∠CBD=∠CBA-∠DBA=45°,则由余弦定理得cos∠CBD=cos 45°=,即=,得CD=5.故选C.]
二、填空题(本大题共2小题,每小题5分,共10分)
7.(2020·陕西省质量检测)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知=1-,且b=5,·=5,则△ABC的面积是________.
解析:在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知=1-,
所以=1-,化简可得:b2=a2+bc-c2,可得cos A=,∵0<A<π,∴A=.
又b=5,·=5,∴bccos A=5,∴bc=10.
S=·bcsin A=×10×=.
答案:
8.(2019·浙江卷)在△ABC中,∠ABC=90°,AB=4,BC=3,点D在线段AC上.若∠BDC=45°,则BD=________,cos∠ABD=________.
解析:解答解三角形问题,要注意充分利用图形特征.
在ΔABD中,有:=,而AB=4,∠ADB=,AC==5,sin∠BAC==,cos∠BAC==,所以BD=.
cos∠ABD=cos(∠BDC-∠BAC)=coscos∠BAC+sinsin∠BAC=.
答案:,
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三、解答题(本大题共3小题,每小题12分,共36分)
9.(2019·江苏卷)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c.
(1)若a=3c,b=,cos B=,求c的值;
(2)若=,求sin的值.
解:(1)因为a=3c,b=,cos B=,
由余弦定理,得cos B=,
得=,即c2=.所以c=.
(2)因为=,
由正弦定理=,得=,所以cos B=2sin B.
从而cos2 B=(2sin B)2,即cos2 B=4(1-cos2 B),故cos2 B=.
因为sin B>0,所以cos B=2sin B>0,从而cos B=.
因此sin=cos B=.
10.(2020·辽宁三市调研)在△ABC中,角A、B、C的对边分别为a,b,c,且满足(a-c)·=c·.
(1)求角B的大小;
(2)若|-|=,求△ABC面积的最大值.
解:(1)由题意得(a-c)cos B=bcos C.
根据正弦定理得(sin A-sin C)cos B=sin Bcos C,
所以sin Acos B=sin(C+B),即sin Acos B=sin A.
因为A∈(0,π),所以sin A>0,
所以cos B=,又B∈(0,π),所以B=.
(2)因为|-|=,所以||=,即b=,
根据余弦定理及基本不等式得
6=a2+c2-ac≥2ac-ac=(2-)ac(当且仅当a=c时取等号),即ac≤3(2+),
- 18 -
故△ABC的面积S=acsin B≤,
即△ABC面积的最大值为.
11.
(2020·广东六校联考)某学校的平面示意图为如图五边形区域ABCDE,其中三角形区域ABE为生活区,四边形区域BCDE为教学区,AB,BC,CD,DE,EA,BE为学校的主要道路(不考虑宽度).∠BCD=∠CDE=,∠BAE=,DE=3BC=3CD= km.
(1)求道路BE的长度.
(2)求生活区△ABE面积的最大值.
解析:
(1)如图,连接BD,在△BCD中,由余弦定理得:BD2=BC2+CD2-2BC·CDcos∠BCD=,所以BD=,因为BC=CD,所以∠CDB=∠CBD==,又∠CDE=,所以∠BDE=.
在Rt△BDE中,BE==.
(2)设∠ABE=α,因为∠BAE=,
所以∠AEB=-α.在△ABE中,由正弦定理,得
====,
所以AB=sin,AE=sin α.
- 18 -
所以S△ABE=|AB||AE|sin
=
=≤=,
因为0<α<,所以当2α-=,即α=时,S△ABE取得最大值为,即生活区△ABE面积的最大值为.
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高考解答题·审题与规范(二) 三角函数与解三角形类考题
重在“变换”
思维流程
[变角] 已知角与特殊角的变换、已知角与目标角的变换、角与其倍角的变换、两角与其和差角的变换以及三角形内角和定理的变换运用.
[变式] 在解决解三角形的问题时,常利用正、余弦定理化边为角或化角为边等.
真题案例
审题指导
审题方法
(12分)(2019·全国Ⅲ卷)△ABC的内角A、B、C的对边分别为a,b,c.已知asin=bsin A.
(1)求B;
(2)若△ABC为锐角三角形,且c=1,求△ABC面积的取值范围.
(1)利用正弦定理将已知条件统一成角的关系,再用诱导公式、二倍角公式变形化简,解出角的正弦值,从而得角B.
(2)结合(1)及已知,把三角形面积表示成a的函数,再利用正弦定理将a表示为角C的三角函数,注意到锐角三角形及角B的大小,确定角C的范围,进而得解.
条件是解题的主要材料,充分利用条件间的内在联系是解题的必经之路.审视条件要充分挖掘每一个条件的内涵和隐含信息,发掘条件的内在联系.
规范解答
评分细则
- 18 -
[解析] (1)由题设及正弦定理得sin Asin=sin Bsin A.1分①
因为sin A≠0,所以sin=sin B.2分②
由A+B+C=180°,可得sin=cos,故cos=2sincos.3分③
因为cos≠0,故sin=,因此B=60°.5分④
(2)由题设及(1)知△ABC的面积S△ABC=a.6分⑤
由正弦定理得a===+.8分⑥
由于△ABC为锐角三角形,故0°<A<90°,0°<C<90°.由(1)知A+C=120°,所以30°<C<90°,10分⑦
故<a<2,11分⑧
从而<S△ABC<.因此,△ABC面积的取值范围是.12分⑨
第(1)问踩点得分
①正确利用正弦定理得1分.
②sin A≠0正确化简得1分.
③利用A+B+C=180°,恒等变形得1分.
④cos≠0得sin=得1分;进而求出B得1分.
第(2)问踩点得分.
⑤表示出S△ABC得1分.
⑥利用正弦定理并能表示出a得2分.
⑦利用锐角△和B=60°,得出C的范围得2分.
⑧由C的范围得出a的范围得1分.
⑨求出S△ABC的范围得1分.
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