第18讲 三角函数公式(二)讲义-2025届高三数学一轮复习

2024-08-21
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 -
年级 高三
章节 -
类型 教案-讲义
知识点 两角和与差公式,二倍角公式
使用场景 高考复习-一轮复习
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
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文件大小 163 KB
发布时间 2024-08-21
更新时间 2024-08-21
作者 吉祥如意陈0916
品牌系列 -
审核时间 2024-08-20
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内容正文:

第18讲 三角函数公式(二) 两角和与差的三角函数及其二倍角公式 一.基础知识整合 1.两角和与差的余弦、正弦、正切公式 sin(α+β)= (Sα+β) sin(α-β)== (Sα-β) cos(α+β)==  (Cα+β) cos(α-β)== (Cα-β) tan(α+β)=  (Tα+β) tan(α-β)=  (Tα-β) 2.二倍角公式:sin 2α= ; cos 2α= = = ; tan 2α= 3.公式的逆向变换及有关变形:(1)tan α+tan β= ; tan α-tan β= ;(2)sin αcos α= ; (3)降幂公式:sin2α= ,cos2α= ;(4)升幂公式:1+cos 2α= ,1-cos 2α= ;(5)1±sin 2α= ;sin α±cos α= 。. 4.辅助角公式:asin+bcos= ,(其中cosφ=,sinφ=,tanφ=.φ的终边所在象限由a、b的符号来确定) 二.典例精析 题型一:三角函数公式的基本应用 例1:(1)已知角α的终边经过点P(sin 47°,cos 47°),则sin(α-13°)= (2)已知sin α=,α∈(,π),tan(π-β)=,则tan(α-β)的值为 (3)已知sin θ+sin(θ+)=1,则sin(θ+)=________. 【变式训练1】(1)若tan θ=-2,则 = (2)若α+β=-,则(1+tan α)(1+tan β)=______. (3)已知sin α+cos β=1,cos α+sin β=0,则sin(α+β)=________. 题型二:三角函数公式的求值应用(高频考点) 例2:(1)=________. (2)已知sin(x+)=,0≤x≤π,则= (3)已知α,β为锐角,且(1-tan α)(1-tan β)=4,则α+β=__________. 变式训练2:(1)已知α为锐角,且cos α(1+tan 10°)=1,则α的值为 (2)已知α,β∈(,),若sin(α+)=,cos(β-)=,则sin(α-β)= (3)在平面直角坐标系xOy中,锐角α,β的顶点为坐标原点O,始边为x轴的非负半轴,终边与单位圆O的交点分别为P,Q.已知点P的横坐标为,点Q的纵坐标为,则2α-β的值为________. 三.方法规律总结 1.两角和与差的三角函数公式可看作是诱导公式的推广,可用α、β的三角函数表示α±β的三角函数,在使用两角和与差的三角函数公式时,特别要注意角与角之间的关系,完成统一角和角与角转换的目的. 2.运用两角和与差的三角函数公式时,不但要熟练、准确,而且要熟悉公式的逆用及变形,如tan α+tan β=tan(α+β)·(1-tan αtan β)和二倍角的余弦公式的多种变形等.公式的逆用和变形应用更能开拓思路,培养从正向思维向逆向思维转化的能力,只有熟悉了公式的逆用和变形应用后,才能真正掌握公式的应用. 3.(1)当“已知角”有两个时,一般把“所求角”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 4.三角函数式的化简要遵循“三看”原则 (1)一看“角”,这是最重要的一环,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,可以帮助我们找到变形的方向,如“遇到分式要通分”等. 5.三角函数求值有三类 (1)“给角求值”:一般所给出的角都是非特殊角,从表面上来看是很难的,但仔细观察非特殊角与特殊角总有一定关系,解题时,要利用观察得到的关系,结合公式转化为特殊角并且消除非特殊角的三角函数而得解. (2)“给值求值”:给出某些角的三角函数式的值,求另外一些角的三角函数值,解题关键在于“变角”,使其角相同或具有某种关系. (3)“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,确定角. 四.课后练习作业 一、单项选择题 1.sin 110°cos 40°-cos 70°sin 40°=(  ) A. B. C.- D.- 2.已知sin(α+)=,α∈(,),则cos α=(  ) A. B. C. D. 3.若tan(α-π)=2,则=(  ) A.-3 B.- C. D.3 4.已知sin(α+β)=1,α,β均为锐角,且tan α=,则cos β=(  ) A. B. C. D. 5.已知tan(α+)=3,tan(α+β)=,则tan(2π-β)=(  ) A.1 B. C-. D.2或6 6.若=,则tan 2θ=(  ) A.-2 B.2 C.-1 D.1 7.定义运算=ad-bc.若cos α=,=,0<β<α<,则β等于(  ) A. B. C. D. 8.若sin(α+β)+cos(α+β)=2cos(α+)sin β,则(  ) A.tan(α-β)=-1 B.tan(α+β)=1 C.tan(α-β)=1 D.tan(α+β)=-1 二、多选题 9.下列说法正确的是(  ) A.cos2α= B.1-sin α=2 C.sin α+cos α=sin D.= 10.已知cos α=,则=(  ) A. B. C. D.- 11.已知≤α≤π,π≤β≤,sin 2α=,cos(α+β)=-,则(  ) A.cos α=- B.sin α-cos α= C.β-α= D.cos αcos β=- 三、填空题 12.已知sin(α-β)cos α-cos(β-α)sin α=,β是第三象限角,则sin(β+)=________. 13.被誉为“中国现代数学之父”的著名数学家华罗庚先生为我国数学的发展做出了巨大贡献,他所倡导的“0.618优选法”在生产和科研实践中得到了广泛的应用.0.618就是黄金分割比m=的近似值,黄金分割比还可以表示成2sin 18°,则=________. 14.已知α,β∈(0,π),且tan(α-β)=,tan β=-,则2α-β的值为________. 三、解答题 15.已知函数f(x)=Asin,x∈R,且f=. (1)求A的值;(2)若f(θ)+f(-θ)=,θ∈,求f. 16.已知cos(+α)cos(-α)=-,α∈(,). (1)求sin 2α的值;(2)求tan α-的值. 17.已知2sin α=2sin2-1. (1)求sin αcos α+cos 2α的值; (2)已知α∈(0,π),β∈(0,),且tan2β-6tan β=1,求α+2β的值. 18.如图,在平面直角坐标系xOy中,顶点在坐标原点,以x轴非负半轴为始边的锐角α、钝角β的终边与单位圆O分别交于A,B两点,x轴的非负半轴与单位圆O交于点M,已知S△OAM=,点B的纵坐标是. (1)求cos(α-β)的值;(2)求sin(2α-β)的值. 19.如图,现要在一块半径为1 m,圆心角为的扇形白铁片AOB上剪出一个▱MNPQ,使点P在弧AB上,点Q在OA上,点M,N在OB上,设∠BOP=θ,▱MNPQ的面积为S. (1)求S关于θ的函数关系式; (2)求S的最大值及相应的θ角. 学科网(北京)股份有限公司 $$ 第18讲 三角函数公式(二) 两角和与差的三角函数及其二倍角公式 一.基础知识回顾 1.两角和与差的余弦、正弦、正切公式 sin(α+β)=sinαcosβ+cos_αsinβ (Sα+β) sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ (Sα-β) cos(α+β)=cosαcosβ-sin_αsinβ (Cα+β)cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β (Cα-β) tan(α+β)= (Tα+β) tan(α-β)= (Tα-β) 2.二倍角公式:sin 2α=2sin_αcos_α; cos 2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α; tan 2α=. 3.公式的逆向变换及有关变形:(1)tan α+tan β=tan(α+β)(1-tan αtan β);tan α-tan β=tan(α-β)(1+tan αtan β);(2)sin αcos α=sin 2α (3)降幂公式:sin2α= ,cos2α=;(4)升幂公式:1+cos 2α=2cos2α,1-cos 2α=2sin2α;(5)1±sin 2α=(sin α±cos α)2;sin α±cos α=sin. 4.辅助角公式:asin+bcos=sin(α+φ),(其中cosφ=,sinφ=,tanφ=.φ的终边所在象限由a、b的符号来确定) 二.典例精析 题型一:三角函数公式的基本应用 例1:(1)已知角α的终边经过点P(sin 47°,cos 47°),则sin(α-13°)= (2)已知sin α=,α∈(,π),tan(π-β)=,则tan(α-β)的值为 (3)已知sin θ+sin(θ+)=1,则sin(θ+)=________. 【解析】(1)由三角函数的定义,得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°=.(2)因为sin α=,α∈(,π),所以cos α=-=-,所以tan α==-.因为tan (π-β)=-tan β=,所以tan β=-,则tan(α-β)==-.(3)因为sin θ+sin (θ+)=sin(θ+-)+sin(θ++)=sin(θ+)cos-cos(θ+)sin+sin(θ+)cos+cos(θ+)sin=2sin(θ+)·cos=sin(θ+)=1,所以sin(θ+)=. 【变式训练1】(1)若tan θ=-2,则 = (2)若α+β=-,则(1+tan α)(1+tan β)=______. (3)已知sin α+cos β=1,cos α+sin β=0,则sin(α+β)=________. 【解析】(1)因为tan θ=-2,所以==sin θ(sin θ+cos θ)====(2)tan(-)=tan(α+β)==1,所以1-tan αtan β=tan α+tan β,所以1+tan α+tan β+tan αtan β=2,即(1+tan α)(1+tan β)=2.因为sin α+cos β=1, ①cos α+sin β=0, ②所以①2+②2得1+2(sin αcos β+cos αsin β)+1=1,所以sin αcos β+cos αsin β=-,所以sin(α+β)=-. 题型二:三角函数公式的求值应用(高频考点) 例2:(1)=________. (2)已知sin(x+)=,0≤x≤π,则= (3)已知α,β为锐角,且(1-tan α)(1-tan β)=4,则α+β=__________. 【解析】(1)====.(2)原式=,(*)由sin(x+)=,得sin x+cos x=,①所以(sin x+cos x)2=,所以2sin xcos x=-.②又0≤x≤π,由①②知<x<.所以1-2sin xcos x=,即(sin x-cos x)2=,故sin x-cos x=.③将①②③代入(*)得原式==-×(-)=.(3))由题意得1-(tan α+tan β)+3tan αtan β=4,即-(tan α+tan β)=3-3tan αtan β,则tan α+tan β=-(1-tan αtan β),则tan(α+β)===-.因为α,β为锐角,所以0<α+β<π,则α+β=. 变式训练2:(1)已知α为锐角,且cos α(1+tan 10°)=1,则α的值为 (2)已知α,β∈(,),若sin(α+)=,cos(β-)=,则sin(α-β)= (3)在平面直角坐标系xOy中,锐角α,β的顶点为坐标原点O,始边为x轴的非负半轴,终边与单位圆O的交点分别为P,Q.已知点P的横坐标为,点Q的纵坐标为,则2α-β的值为________. 【解析】(1).由cos α(1+tan 10°)=1得,cos α== ======cos 40°.又α为锐角,所以α=40°.α+∈(,π),β-∈(-,0),所以cos(α+)=-,sin(β-)=-,所以sin(α-β)=-sin[(α+)-(β-)]=-×+(-)×(-)=.(3)由已知可得cos α=,sin β=,又α,β为锐角,所以sin α=,cos β=,因此cos 2α=2cos2α-1=,sin 2α=2sin αcos α=,所以sin (2α-β)=sin 2αcos β-cos 2αsin β=×-×=.因为α为锐角,所以0<2α<π.又cos 2α>0,所以0<2α<.又β为锐角,所以-<2α-β<.又sin (2α-β)=,所以2α-β=. 三.方法规律总结 1.两角和与差的三角函数公式可看作是诱导公式的推广,可用α、β的三角函数表示α±β的三角函数,在使用两角和与差的三角函数公式时,特别要注意角与角之间的关系,完成统一角和角与角转换的目的. 2.运用两角和与差的三角函数公式时,不但要熟练、准确,而且要熟悉公式的逆用及变形,如tan α+tan β=tan(α+β)·(1-tan αtan β)和二倍角的余弦公式的多种变形等.公式的逆用和变形应用更能开拓思路,培养从正向思维向逆向思维转化的能力,只有熟悉了公式的逆用和变形应用后,才能真正掌握公式的应用. 3.(1)当“已知角”有两个时,一般把“所求角”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 4.三角函数式的化简要遵循“三看”原则 (1)一看“角”,这是最重要的一环,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,可以帮助我们找到变形的方向,如“遇到分式要通分”等. 5.三角函数求值有三类 (1)“给角求值”:一般所给出的角都是非特殊角,从表面上来看是很难的,但仔细观察非特殊角与特殊角总有一定关系,解题时,要利用观察得到的关系,结合公式转化为特殊角并且消除非特殊角的三角函数而得解. (2)“给值求值”:给出某些角的三角函数式的值,求另外一些角的三角函数值,解题关键在于“变角”,使其角相同或具有某种关系. (3)“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,确定角. 四.课后练习作业 一、单项选择题 1.sin 110°cos 40°-cos 70°sin 40°=(  ) A. B. C.- D.- 【答案】A【解析】.sin 110°cos 40°-cos 70°sin 40°=sin 70°·cos 40°-cos 70°sin 40°=sin(70°-40°)=sin 30°=. 2.已知sin(α+)=,α∈(,),则cos α=(  ) A. B. C. D. 【答案】C【解析】.由α∈(,),得α+∈(,),则cos(α+)=-=-,cos α=cos[(α+)-]=cos(α+)cos +sin(α+)sin=-×+×=.. 3.若tan(α-π)=2,则=(  ) A.-3 B.- C. D.3 【答案】A.【解析】由题意得tan α=2,则=====-.故选B. 4.已知sin(α+β)=1,α,β均为锐角,且tan α=,则cos β=(  ) A. B. C. D. 【答案】D【解析】.因为α,β均为锐角,sin(α+β) =1,所以α+β=,又tan α=,所以sin α=,cos α=,cos β=cos[(α+β)-α]=cos(α+β)cos α+sin(α+β)sin α=0+=. 5.已知tan(α+)=3,tan(α+β)=,则tan(2π-β)=(  ) A.1 B. C-. D.2或6 【答案】B【解析】因为tan(α+)=tan(α+)=3,所以=3,解得tan α=.又因为tan(α+β)=,所以tan(2π-β)=-tan β=-tan[(α+β)-α]=-=-=.故选B. 6.若=,则tan 2θ=(  ) A.-2 B.2 C.-1 D.1 【答案】D【解析】因为=,所以=, 所以=,即tan θ=,即tan2θ+2tan θ=1,所以tan 2θ====1. 7.定义运算=ad-bc.若cos α=,=,0<β<α<,则β等于(  ) A. B. C. D. 【答案】D【解析】依题意有sin αcos β-cos αsin β=sin(α-β)=,又0<β<α<,∴0<α-β<,故cos(α-β)==,而cos α=,∴sin α=,于是sin β=sin[α-(α-β)]=sin αcos(α-β)-cos αsin(α-β)=×-×=.故β= 8.若sin(α+β)+cos(α+β)=2cos(α+)sin β,则(  ) A.tan(α-β)=-1 B.tan(α+β)=1 C.tan(α-β)=1 D.tan(α+β)=-1 【答案】A【解析】由原式展开整理得sin αcos β+cos αsin β+cos αcos β-sin αsin β=2cos αsin β-2sin αsin β,即sin αcos β-cos αsin β+cos αcos β+sin αsin β=0,进而得sin(α-β)+cos(α-β)=0,又知cos(α-β)≠0,所以tan(α-β)=-1. 二、多选题 9.下列说法正确的是(  ) A.cos2α= B.1-sin α=2 C.sin α+cos α=sin D.= 【答案】ABD【解析】∵cos 2α=2cos2α-1,∴cos2α=,故A正确;1-sin α=sin2+cos2-2sin cos =2,故B正确;sin α+cos α=sin,故C错误; ==tan(45°-15°)=tan 30°=,故D正确.故选A、B、D. 10.已知cos α=,则=(  ) A. B. C. D.- 【答案】CD【解析】由cos α=得sin α=±.====2(sin α+cos α),所以当sin α=时,原式=; 11.已知≤α≤π,π≤β≤,sin 2α=,cos(α+β)=-,则(  ) A.cos α=- B.sin α-cos α= C.β-α= D.cos αcos β=- 【答案】BC【解析】因为≤α≤π,所以≤2α≤2π,又sin 2α=>0,故有≤2α≤π,≤α≤,解出cos 2α=-=2cos2α-1⇒cos2α=⇒cos α=,故A错误;(sin α-cos α)2=1-sin 2α=,又≤α≤,所以sin α≥cos α,所以sin α-cos α=,故B正确;因为≤α≤,π≤β≤,所以≤α+β≤2π,又cos(α+β)=-<0,所以≤α+β≤,解得sin(α+β)=-,所以cos(β-α)=cos[(α+β)-2α]=-×+×=-,又因为≤α+β≤,-π≤-2α≤-,所以≤β-α≤π,有β-α=,故C正确;由cos(α+β)=-⇒cos αcos β-sin αsin β=-,又cos(β-α)=cos αcos β+sin αsin β=-,两式联立得cos αcos β=-,故D错误.故选B、C.当sin α=-时,原式=-.故选C、D. 三、填空题 12.已知sin(α-β)cos α-cos(β-α)sin α=,β是第三象限角,则sin(β+)=________. 【解析】由题意得sin[(α-β)-α]=-sin β=,所以sin β=-. 又β是第三象限角,所以cos β=-,所以sin(β+)=-sin(β+)=-sin βcos-cos βsin=. 13.被誉为“中国现代数学之父”的著名数学家华罗庚先生为我国数学的发展做出了巨大贡献,他所倡导的“0.618优选法”在生产和科研实践中得到了广泛的应用.0.618就是黄金分割比m=的近似值,黄金分割比还可以表示成2sin 18°,则=________. 【解析】由题意得,2sin 18°=m=,所以m2=4sin218°,则====2. 14.已知α,β∈(0,π),且tan(α-β)=,tan β=-,则2α-β的值为________. 【解析】因为tan(α-β)==,tan β=-,所以tan α=,所以tan(2α-β)=tan[α+(α-β)]==1.因为α,β∈(0,π),tan α=,tan β=-,所以α∈(0,),β∈(,π),所以2α∈(0,),2α-β∈(-π,0),所以2α-β=-. 三、解答题 15.已知函数f(x)=Asin,x∈R,且f=. (1)求A的值;(2)若f(θ)+f(-θ)=,θ∈,求f. 【解】(1)∵f=Asin=Asin =Asin =A=,∴A=. (2)由(1)知f(x)=sin,故f(θ)+f(-θ)=sin+sin=, ∴=,∴cos θ=,∴cos θ=. 又θ∈,∴sin θ==,∴f=sin(π-θ)=sin θ=. 16.已知cos(+α)cos(-α)=-,α∈(,). (1)求sin 2α的值;(2)求tan α-的值. 【解】(1)cos(+α)cos(-α)=cos(+α)sin(+α)=sin(2α+)=-,即sin(2α+)=-.因为α∈(,),所以2α+∈(π,),所以cos(2α+)=-,所以sin 2α=sin[(2α+)-]=sin(2α+)cos-cos(2α+)sin=-×-(-)×=. (2)因为α∈(,),所以2α∈(,π),又由(1)知sin 2α=,所以cos 2α=-. 所以tan α-=-===-2×=2. 17.已知2sin α=2sin2-1. (1)求sin αcos α+cos 2α的值; (2)已知α∈(0,π),β∈(0,),且tan2β-6tan β=1,求α+2β的值. 【解】(1)由已知得2sin α=-cos α,所以tan α=-.所以sin αcos α+cos 2α===.(2)由tan2β-6tan β=1,可得tan 2β==-,则tan(α+2β)===-1. 因为β∈(0,),所以2β∈(0,π),又tan 2β=->-,则2β∈(,π),因为α∈(0,π),tan α=->-,则α∈(,π),则α+2β∈(,2π),所以α+2β=. 18.如图,在平面直角坐标系xOy中,顶点在坐标原点,以x轴非负半轴为始边的锐角α、钝角β的终边与单位圆O分别交于A,B两点,x轴的非负半轴与单位圆O交于点M,已知S△OAM=,点B的纵坐标是. (1)求cos(α-β)的值;(2)求sin(2α-β)的值. 【解】(1)由题意知,|OA|=|OM|=1,因为S△OAM=|OA|·|OM|sin α=, 所以sin α=,又α为锐角,所以cos α=.因为点B是钝角β的终边与单位圆O的交点,且点B的纵坐标是,所以sin β=,cos β=-,所以cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=×(-)+×=-.(2)因为sin α=,cos α=,cos(α-β)=-,sin(α-β)=sin αcos β-cos αsin β=×(-)-×=-,所以sin(2α-β)=sin[α+(α-β)]=sin αcos(α-β)+cos αsin(α-β)=-. 19.如图,现要在一块半径为1 m,圆心角为的扇形白铁片AOB上剪出一个▱MNPQ,使点P在弧AB上,点Q在OA上,点M,N在OB上,设∠BOP=θ,▱MNPQ的面积为S. (1)求S关于θ的函数关系式; (2)求S的最大值及相应的θ角. 【解】(1)如图,分别过P,Q作PD⊥OB于点D,QE⊥OB于点E,则四边形QEDP为矩形.由扇形半径为1 m,得PD=sin θ,OD=cos θ.在Rt△OEQ中,OE=QE=PD, MN=QP=DE=OD-OE=cos θ-sin θ,S=MN·PD=(cos θ-sin θ)·sin θ =sin θcos θ-sin2θ,θ∈(0,).(2)由(1)得,S=sin 2θ-(1-cos 2θ) =sin 2θ+cos 2θ-=sin(2θ+)-,因为θ∈(0,),所以2θ+∈(,),所以sin(2θ+)∈(,1].当θ=时,Smax=(m2). 学科网(北京)股份有限公司 $$

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第18讲  三角函数公式(二)讲义-2025届高三数学一轮复习
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