- 562.80 KB
- 2021-05-14 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
2011高考数学复习必修4
第一章 基本初等函数II
一、基础知识(理解去记)
定义1 角,一条射线绕着它的端点旋转得到的图形叫做角。若旋转方向为逆时针方向,则角为正角,若旋转方向为顺时针方向,则角为负角,若不旋转则为零角。角的大小是任意的。
定义2 角度制,把一周角360等分,每一等价为一度,弧度制:把等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做一弧度。360度=2π弧度。若圆心角的弧长为L,则其弧度数的绝对值|α|=,其中r是圆的半径。
定义3 三角函数,在直角坐标平面内,把角α的顶点放在原点,始边与x轴的正半轴重合,在角的终边上任意取一个不同于原点的点P,设它的坐标为(x,y),到原点的距离为r,则正弦函数sinα=,余弦函数cosα=,正切函数tanα=,余切函数cotα=,正割函数secα=,余割函数cscα=
定理1 同角三角函数的基本关系式:
倒数关系:tanα=,sinα=,cosα=;
商数关系:tanα=;
乘积关系:tanα×cosα=sinα,cotα×sinα=cosα;
平方关系:sin2α+cos2α=1, tan2α+1=sec2α, cot2α+1=csc2α.
定理2 诱导公式(Ⅰ)sin(α+π)=-sinα, cos(π+α)=-cosα, tan(π+α)=tanα, cot(π+α)=cotα;(Ⅱ)sin(-α)=-sinα, cos(-α)=cosα, tan(-α)=-tanα, cot(-α)=cotα; (Ⅲ)sin(π-α)=sinα, cos(π-α)=-cosα, tan=(π-α)=-tanα, cot(π-α)=-cotα; (Ⅳ)sin=cosα, cos=sinα, tan=cotα(记法:奇变偶不变,符号看象限)。
定理3(根据图像去记) 正弦函数的性质:根据图象可得y=sinx(x∈R)的性质如下。单调区间:在区间上为增函数,在区间上为减函数,最小正周期为2. 奇偶数. 有界性:当且仅当x=2kx+时,y取最大值1,当且仅当x=3k-时, y取最小值-1。对称性:直线x=k+均为其对称轴,点(k, 0)均为其对称中心,值域为[-1,1]。这里k∈Z.
定理4 (根据图像去记) 余弦函数的性质:根据图象可得y=cosx(x∈R)的性质。单调区间:在区间[2kπ, 2kπ+π]上单调递减,在区间[2kπ-π, 2kπ]上单调递增。最小正周期为2π。奇偶性:偶函数。对称性:直线x=kπ均为其对称轴,点均为其对称中心。有界性:当且仅当x=2kπ时,y取最大值1;当且仅当x=2kπ-π时,y取最小值-1。值域为[-1,1]。这里k∈Z.
定理5 (根据图像去记) 正切函数的性质:由图象知奇函数y=tanx(xkπ+)在开区间(kπ-, kπ+)上为增函数, 最小正周期为π,值域为(-∞,+∞),点(kπ,0),(kπ+,0)均为其对称中心。
定理6 两角和与差的基本关系式:cos(αβ)=cosαcosβsinαsinβ,sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ; tan(αβ)=
定理7 和差化积与积化和差公式:
sinα+sinβ=2sincos,sinα-sinβ=2sincos,
cosα+cosβ=2coscos, cosα-cosβ=-2sinsin,
sinαcosβ=[sin(α+β)+sin(α-β)],cosαsinβ=[sin(α+β)-sin(α-β)],
cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)],sinαsinβ=-[cos(α+β)-cos(α-β)].
口诀记忆:
积化和差:前系数:“有余为正,无余为负”“前和后差”“同名皆余,异名皆正”“余后为和,正后为差” 和差化积:正弦之和正余弦、正弦之差余正弦、余弦之和得余弦、余弦之差负正弦
定理8 倍角公式(常考):sin2α=2sinαcosα, cos2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α,
tan2α=
定理9 半角公式:sin=,cos=,
tan==
定理10 万能公式: , ,
定理11 ****【必考】辅助角公式:如果a, b是实数且a2+b20,则取始边在x轴正半轴,终边经过点(a, b)的一个角为β,则sinβ=,cosβ=,对任意的角α.
asinα+bcosα=sin(α+β).
定理12 正弦定理:在任意△ABC中有,其中a, b, c分别是角A,B,C的对边,R为△ABC外接圆半径。
定理13 余弦定理:在任意△ABC中有a2=b2+c2-2bcosA,其中a,b,c分别是角A,B,C的对边。
定理14 图象之间的关系:y=sinx的图象经上下平移得y=sinx+k的图象;经左右平移得y=sin(x+)的图象(相位变换);纵坐标不变,横坐标变为原来的,得到y=sin()的图象(周期变换);横坐标不变,纵坐标变为原来的A倍,得到y=Asinx的图象(振幅变换);y=Asin(x+)(>0)的图象(周期变换);横坐标不变,纵坐标变为原来的A倍,得到y=Asinx的图象(振幅变换);y=Asin(x+)(, >0)(|A|叫作振幅)的图象向右平移个单位得到y=Asinx的图象。
定义4 函数y=sinx的反函数叫反正弦函数,记作y=arcsinx(x∈[-1, 1]),函数y=cosx(x∈[0, π]) 的反函数叫反余弦函数,记作y=arccosx(x∈[-1, 1]). 函数y=tanx的反函数叫反正切函数。记作y=arctanx(x∈[-∞, +∞]). y=cosx(x∈[0, π])的反函数称为反余切函数,记作y=arccotx(x∈[-∞, +∞]).
定理15 三角方程的解集,如果a∈(-1,1),方程sinx=a的解集是{x|x=nπ+(-1)narcsina, n∈Z}。方程cosx=a的解集是{x|x=2kxarccosa, k∈Z}. 如果a∈R,方程tanx=a的解集是{x|x=kπ+arctana, k∈Z}。恒等式:arcsina+arccosa=;arctana+arccota=.
定理16 若,则sinx-1,所以cos,
所以sin(cosx) ≤0,又00,
所以cos(sinx)>sin(cosx).
若,则因为sinx+cosx=(sinxcos+sincosx)=sin(x+)≤<,
所以0cos(-cosx)=sin(cosx).
综上,当x∈(0,π)时,总有cos(sinx)0,求证:
【证明】 若α+β>,则x>0,由α>-β>0得cosαsin(-β)=cosβ, 所以0<<1,
所以
若α+β<,则x<0,由0<α<-β<得cosα>cos(-β)=sinβ>0,
所以>1。又01,
所以,得证。
注:以上两例用到了三角函数的单调性和有界性及辅助角公式,值得注意的是角的讨论。
3.最小正周期的确定。
例4 求函数y=sin(2cos|x|)的最小正周期。
【解】 首先,T=2π是函数的周期(事实上,因为cos(-x)=cosx,所以co|x|=cosx);其次,当且仅当x=kπ+时,y=0(因为|2cosx|≤2<π),
所以若最小正周期为T0,则T0=mπ, m∈N+,又sin(2cos0)=sin2sin(2cosπ),所以T0=2π。
4.三角最值问题。
例5 已知函数y=sinx+,求函数的最大值与最小值。
【解法一】 令sinx=,
则有y=
因为,所以,
所以≤1,
所以当,即x=2kπ-(k∈Z)时,ymin=0,
当,即x=2kπ+(k∈Z)时,ymax=2.
例6 设0<<π,求sin的最大值。
【解】因为0<<π,所以,所以sin>0, cos>0.
所以sin(1+cos)=2sin·cos2= ≤=
当且仅当2sin2=cos2, 即tan=, =2arctan时,sin(1+cos)取得最大值。
例7 若A,B,C为△ABC三个内角,试求sinA+sinB+sinC的最大值。
【解】 因为sinA+sinB=2sincos, ①
sinC+sin, ②
又因为,③
由①,②,③得sinA+sinB+sinC+sin≤4sin,
所以sinA+sinB+sinC≤3sin=,
当A=B=C=时,(sinA+sinB+sinC)max=.
注:三角函数的有界性、|sinx|≤1、|cosx|≤1、和差化积与积化和差公式、均值不等式、柯西不等式、函数的单调性等是解三角最值的常用手段。
5.换元法的使用。
例8 求的值域。
【解】 设t=sinx+cosx=
因为
所以
又因为t2=1+2sinxcosx,
所以sinxcosx=,所以,
所以
因为t-1,所以,所以y-1.
所以函数值域为
例9 已知a0=1, an=(n∈N+),求证:an>.
【证明】 由题设an>0,令an=tanan, an∈,则
an=
因为,an∈,所以an=,所以an=
又因为a0=tana1=1,所以a0=,所以·。
又因为当0x,所以
注:换元法的关键是保持换元前后变量取值范围的一致性。
另外当x∈时,有tanx>x>sinx,这是个熟知的结论,暂时不证明,学完导数后,证明是很容易的。
6.图象变换【常考】:y=sinx(x∈R)与y=Asin(x+)(A, , >0).
由y=sinx的图象向左平移个单位,然后保持横坐标不变,纵坐标变为原来的A倍,然后再保持纵坐标不变,横坐标变为原来的,得到y=Asin(x+)的图象;也可以由y=sinx的图象先保持横坐标不变,纵坐标变为原来的A倍,再保持纵坐标不变,横坐标变为原来的,最后向左平移个单位,得到y=Asin(x+)的图象。
例10 例10 已知f(x)=sin(x+)(>0, 0≤≤π)是R上的偶函数,其图象关于点对称,且在区间上是单调函数,求和的值。
【解】 由f(x)是偶函数,所以f(-x)=f(x),所以sin(+)=sin(-x+),所以cossinx=0,对任意x∈R成立。
又0≤≤π,解得=,
因为f(x)图象关于对称,所以=0。
取x=0,得=0,所以sin
所以(k∈Z),即=(2k+1) (k∈Z).
又>0,取k=0时,此时f(x)=sin(2x+)在[0,]上是减函数;
取k=1时,=2,此时f(x)=sin(2x+)在[0,]上是减函数;
取k=2时,≥,此时f(x)=sin(x+)在[0,]上不是单调函数,
综上,=或2。
7.三角公式的应用。
例11 已知sin(α-β)=,sin(α+β)=- ,且α-β∈,α+β∈,求sin2α,cos2β的值。
【解】 因为α-β∈,所以cos(α-β)=-
又因为α+β∈,所以cos(α+β)=
所以sin2α=sin[(α+β)+(α-β)]=sin(α+β)cos(α-β)+cos(α+β)sin(α-β)=,
cos2β=cos[(α+β)-(α-β)]=cos(α+β)cos(α-β)+sin(α+β)sin(α-β)=-1.
例12 已知△ABC的三个内角A,B,C成等差数列,且,试求的值。
【解】 因为A=1200-C,所以cos=cos(600-C),
又由于
=,
所以=0。
解得或。
又>0,所以。
例13 求证:tan20+4cos70.
【解】 tan20+4cos70=+4sin20
三、趋近高考(必懂)
1.(四川省成都市2010届高三第三次诊断理科)计算cot15°-tan15°的结果是( )
(A) (B) (C)3 (D)2
【答案】D
2.(成都2010届高三第三次诊断文科)计算cos45°cos15°-sin45°cos75°的结果是( )
(A) (B) (C) (D)1
【答案】C
【解析】cos45°cos15°-sin45°cos75° =cos45°cos15°-sin45°sin15° =cos(45°+15°)
=cos60° =
3. (成都2010届高三第三次诊断文科)先把函数f(x)=sinx-cosx的图象按向量a=(,0)平移得到曲线y=g(x),再把曲线y=g(x)上所有点的纵坐标缩短到原来的倍,横坐标保持不变,得到曲线y=h(x),则曲线y=h(x)的函数表达式为( )
(A)h(x)=sin(x-) (B)h(x)=sinx (C)h(x)=4sin (x-) (D)h (x)=4sinx
【答案】A
【解析】f(x)=2sin(x-),
按向量a=(,0)平移后,得到曲线y=g(x) =2sin(x-)
再把纵坐标缩短到原来的倍,横坐标保持不变,得到曲线y=h(x)=sin(x-)
4. (成都2010届高三第三次诊断理科)已知sin(α+β)cosα-cos(α+β)sinα=,则cos2β的值为________________.
【答案】
【解析】因为sin(α+β)cosα-cos(α+β)sinα
=sin[(α+β)-α] =sinβ=
于是cos2β=1-2sin22β=1-
6.(绵阳2010年4月高三三诊理科试题) (本小题满分12分)已知△ABC中,角A、B、C所对的边分别为a,b,c,若A、B、C成等差数列,b=1,记角A=x,a+c=f (x).
(Ⅰ)当x∈[,]时,求f (x)的取值范围;
(Ⅱ)若,求sin2x的值.
解:(I)由已知 A、B、C成等差数列,得2B=A+C,
∵ 在△ABC中, A+B+C=π,于是解得,.
∵ 在△ABC中,,b=1,
∴
,
即 . …………………………………………………………6分
由≤x≤得≤x+≤,于是≤≤2,
即f (x)的取值范围为[,2] . ………………………………………………8分
(Ⅱ)∵,即.
∴ . ……………………………………………………9分
若,此时由知x>,这与矛盾.
∴ x为锐角,故. ……………………………………………………11分
∴ .……………………………………………………12分
7.(雅安2010届高三第三次诊断性考试理科)
(本题满分12分)
三角形的三内角所对边的长分别为,设向量,
,若。
(1)求角B的大小;
(2)求的取值范围。
8.(自贡2010届高三三诊理科试题)(本小题满分12分)
如图4,已知△ABC中,,∠ABC=120°,∠BAC=,记。
(I)求关于的表达式;
(II)求的值域。
解:(Ⅰ),由正弦定理有: = …………(2分)
∴ , …………(4分)
∴
==
= …………(8分)
(Ⅱ) => ,
∴ ∴ ………(12分)
9.(南充2010届高三4月月考理科试题)(本小题满分12分) 在△ABC中,角A、B、C的对边分别为a、b、c,.
(1)求角C的大小;
(2)求△ABC的面积.
解:(1)由
∴ 4cos2C-4cosC+1=0
解得 ∴ C=60°
(2)由余弦定理得C2=a2+b2-2ab cos C 即 7=a2+b2-ab ①
又a+b=5 ∴a2+b2+2ab=25 ②
由①②得ab=6
∴ S△ABC=
10.(资阳2009—2010学年度高三第三次高考模拟理)(本小题满分12分)
在直角坐标系xOy中,若角α的始边为x轴的非负半轴,终边为射线l:.
(Ⅰ)求的值;
(Ⅱ)求的值.
解:(Ⅰ)在终边l上取一点,则, 2分
∴ . 4分
(Ⅱ) 8分
. 12分
11.(四川省攀枝花市2010年4月高三第二次统考文科试题)(12分)在中,
角所对的边分别是,.
(Ⅰ)求的值;
(Ⅱ)若,求面积的最大值.
解:(Ⅰ)由余弦定理:
(Ⅱ)由 ∵,
∴,从而
故(当且仅当时取等号)
12.(成都石室中学2010届高三三诊模拟理科)
(12分)
已知中,
(I)求角A的大小;
(II)若BC=3,求周长的取值范围。
解:(I)
得代入已知条件得
,由此得 …………6分
(II)由上可知:
由正弦定理得:
即得:
,
周长的取值范围为
…………12分5_u.c o*m
第二章 平面向量
一、基础知识(理解去记)
定义1 既有大小又有方向的量,称为向量。画图时用有向线段来表示,线段的长度表示向量的模。向量的符号用两个大写字母上面加箭头,或一个小写字母上面加箭头表示。书中用黑体表示向量,如a. |a|表示向量的模,模为零的向量称为零向量,规定零向量的方向是任意的。零向量和零不同,模为1的向量称为单位向量【最近几年常考】。
定义2 方向相同或相反的向量称为平行向量(或共线向量),规定零向量与任意一个非零向量平行和结合律。
定理1 向量的运算,加法满足平行四边形法规,减法满足三角形法则。加法和减法都满足交换律和结合律。
定理2 非零向量a, b共线的充要条件是存在实数0,使得a=f
定理3 平面向量的基本定理,若平面内的向量a, b不共线,则对同一平面内任意向是c,存在唯一一对实数x, y,使得c=xa+yb,其中a, b称为一组基底。
定义3 向量的坐标,在直角坐标系中,取与x轴,y轴方向相同的两个单位向量i, j作为基底,任取一个向量c,由定理3可知存在唯一一组实数x, y,使得c=xi+yi,则(x, y)叫做c坐标。
定义4 向量的数量积,若非零向量a, b的夹角为,则a, b的数量积记作a·b=|a|·|b|cos=|a|·|b|cos,也称内积,其中|b|cos叫做b在a上的投影(注:投影可能为负值)。
定理4 平面向量的坐标运算:若a=(x1, y1), b=(x2, y2),
1.a+b=(x1+x2, y1+y2), a-b=(x1-x2, y1-y2),
2.λa=(λx1, λy1), a·(b+c)=a·b+a·c,
3.a·b=x1x2+y1y2, cos(a, b)=(a, b0),
4. a//bx1y2=x2y1, abx1x2+y1y2=0.
定义5 若点P是直线P1P2上异于p1,p2的一点,则存在唯一实数λ,使,λ叫P分所成的比,若O为平面内任意一点,则。由此可得若P1,P,P2的坐标分别为(x1, y1), (x, y), (x2, y2),则
定义6 设F是坐标平面内的一个图形,将F上所有的点按照向量a=(h, k)的方向,平移|a|=个单位得到图形,这一过程叫做平移。设p(x, y)是F上任意一点,平移到上对应的点为,则称为平移公式。
定理5 对于任意向量a=(x1, y1), b=(x2, y2), |a·b|≤|a|·|b|,并且|a+b|≤|a|+|b|.
【证明】 因为|a|2·|b|2-|a·b|2=-(x1x2+y1y2)2=(x1y2-x2y1)2≥0,又|a·b|≥0, |a|·|b|≥0,
所以|a|·|b|≥|a·b|.
由向量的三角形法则及直线段最短定理可得|a+b|≤|a|+|b|.
注:本定理的两个结论均可推广。1)对n维向量,a=(x1, x2,…,xn),b=(y1, y2, …, yn),同样有|a·b|≤|a|·|b|,化简即为柯西不等式: (x1y1+x2y2+…+xnyn)2≥0,又|a·b|≥0, |a|·|b|≥0,
所以|a|·|b|≥|a·b|.
由向量的三角形法则及直线段最短定理可得|a+b|≤|a|+|b|.
注:本定理的两个结论均可推广。1)对n维向量,a=(x1, x2,…,xn), b=(y1, y2, …, yn),同样有|a·b|≤|a|·|b|,化简即为柯西不等式:(x1y1+x2y2+…+xnyn)2。
2)对于任意n个向量,a1, a2, …,an,有| a1, a2, …,an|≤| a1|+|a2|+…+|an|。
二、基础例题【必会】
1.向量定义和运算法则的运用
例1 设O是正n边形A1A2…An的中心,求证:
【证明】 记,若,则将正n边形绕中心O旋转后与原正n边形重合,所以不变,这不可能,所以
例2 给定△ABC,求证:G是△ABC重心的充要条件是
【证明】必要性。如图所示,设各边中点分别为D,E,F,延长AD至P,使DP=GD,则
又因为BC与GP互相平分,
所以BPCG为平行四边形,所以BGPC,所以
所以
充分性。若,延长AG交BC于D,使GP=AG,连结CP,则因为,则,所以GBCP,所以AG平分BC。
同理BG平分CA。
所以G为重心。
例3 在凸四边形ABCD中,P和Q分别为对角线BD和AC的中点,求证:AB2+BC2+CD2+DA2=AC2+BD2+4PQ2。
【证明】 如图所示,结结BQ,QD。
因为,
所以
=·
= ①
又因为
同理 , ②
, ③
由①,②,③可得
。得证。
2.证利用定理证明共线
例4 △ABC外心为O,垂心为H,重心为G。求证:O,G,H为共线,且OG:GH=1:
【证明】 首先
=
其次设BO交外接圆于另一点E,则连结CE后得CE
又AHBC,所以AH//CE。
又EAAB,CHAB,所以AHCE为平行四边形。
所以
所以,
所以,
所以与共线,所以O,G,H共线。
所以OG:GH=1:2。
3.利用数量积证明垂直
例5 给定非零向量a, b. 求证:|a+b|=|a-b|的充要条件是ab.
【证明】|a+b|=|a-b|(a+b)2=(a-b)2a2+2a·b+b2=a2-2a·b+b2a·b=0ab.
例6 已知△ABC内接于⊙O,AB=AC,D为AB中点,E为△ACD重心。求证:OECD。
【证明】 设,
则,
又,
所以
a·(b-c). (因为|a|2=|b|2=|c|2=|OH|2)
又因为AB=AC,OB=OC,所以OA为BC的中垂线。
所以a·(b-c)=0. 所以OECD。
4.向量的坐标运算
例7 已知四边形ABCD是正方形,BE//AC,AC=CE,EC的延长线交BA的延长线于点F,求证:AF=AE。
【证明】 如图所示,以CD所在的直线为x轴,以C为原点建立直角坐标系,设正方形边长为1,则A,B坐标分别为(-1,1)和(0,1),设E点的坐标为(x, y),则=(x, y-1), ,因为,所以-x-(y-1)=0.
又因为,所以x2+y2=2.
由①,②解得
所以
设,则。由和共线得
所以,即F,
所以=4+,所以AF=AE。
三、趋近高考【必懂】
1.(成都市2010届高三第三次诊断理科)已知向量a=(-3,2),b=(2,1),则|a+2 b|的值为( )
(A)3 (B)7 (C) (D)
【答案】C
【解析】因为a+2 b=(1,4)
故|a+2 b|=
2. (绵阳市2010年4月高三三诊理科试题)已知向量a、b不共线,若向量a+λb与b+λa的方向相反,则λ=( C )
(A)1 (B)0 (C)-1 (D)±1
3.(雅安市2010届高三第三次诊断性考试理科)已知为非零向量,函数,则使的图象为关于轴对称的抛物线的一个必要不充分条件
是( C )
A. B. C. D.
4.(资阳市2009—2010学年度高三第三次高考模拟理)已知平面直角坐标系内的点A(1,1),B(2,4),C(-1,3),则 ( B )
(A) (B) (C)8 (D)10
5.(泸州市2010届高三第二次教学质量
诊断性考试理科)如图:正六边形中,下列命题错误的是( C )
A.
B.
C.
D.
6.(四川省攀枝花市2010年4月高三第二次统考文科试题)已知,则向量与向量的夹角是( C )
A. B. C. D.
7. (成都市石室中学2010届高三三诊模拟理科)已知是非零向量且满足
,则的夹角是 ( A )
A. B. C. D.
二、填空题:
8.(自贡市2010届高三三诊理科试题)有下列命题:
①是的充分不必要条件;
②;
③若函数满足,则是周期函数;
④如果一组数据中,每个数都加上同一个非零常数c,则这组数据的平均数和方差都改变。
其中错误命题的序号为 (要求填写所有错误命题的序号)。①④
9.(眉山市2010年4月高三第二次诊断性考试理科)设是平面内的四个单位向量,其中与的夹角为,对这个平面内的任一个向量,规定经过一次“斜二测变换”得到向量,设向量,则经过一次“斜
二测变换”得到向量的模
是_____________________.[
10.(省泸州市2010届高三第二次教学质量诊断性考试理科)已知向量, ,则 5 .
11.(泸州市2010届高三第二次教学质量诊断性考试文科)已知向量,若与垂直,则 2 .
12.(四川省攀枝花市2010年4月高三第二次统
考文科试题)已知点和向量,若,则点的坐标为 .
13.(攀枝花市2010年4月高三第二次统考文科试题)(12分)已知椭圆的离心率为,且其焦点到相应准线的距离为3,
过焦点的直线与椭圆交于两点.
(Ⅰ)求椭圆的标准方程;
(Ⅱ)设为椭圆的右顶点,则直线与准线分别交于两点(两点不重合),求证:.
【解析】
∴直线AB的方程为
又设
联立 消y得
∴
∴
又∵A、M、P三点共线,∴
同理
∴,
∴
综上所述:[