内容正文:
2.2 二倍角的三角函数
课程标准
学习目标
(1)能从两角差的余弦公式推导出两角和与差的正弦、余弦、正切公式, 二倍角的正弦、余弦、正切公式, 了解它们的内在联系
(1)掌握二倍角的正弦公式,并会灵活运用;
(2)掌握二倍角的余弦公式,并会灵活运用;
(3)掌握二倍角的正切公式,并会灵活运用.
知识点01 二倍角公式
二倍角的正弦余弦正切公式
①
②
③
(由、、可推导出,,的公式)
【即学即练1】
(24-25高二上·湖南·期中)已知角的终边不在坐标轴上,且,则( )
A. B. C.或1 D.
【答案】A
【分析】根据已知条件,由二倍角正弦公式求出,再根据二倍角余弦公式进行求解即可.
【详解】因为,所以,
因为角的终边不在坐标轴上,所以,
则,由二倍角余弦公式可得:
故选:A.
【题型一:二倍角的正弦与余弦公式】
例1.(2025·安徽合肥·一模)已知,则( )
A. B. C.3 D.
【答案】B
【分析】先利用二倍角公式化简,再代入正切值求解
【详解】因为,
所以
故选:
变式1-1.(24-25高三上·北京朝阳·开学考试)已知角的终边经过点,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由三角函数的正余弦的定义可求得,,利用二倍角的正弦公式可求值.
【详解】因为角的终边经过点,所以,
所以,,所以.
故选:A.
变式1-2.(24-25高三上·天津·阶段练习)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据二倍角公式和同角的三角函数关系求解即可.
【详解】,
因为,所以,即,
所以.
故选:B
变式1-3.(贵州省六盘水市2025届高三下学期适应性考试(一)数学试题)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由已知利用二倍角的三角函数公式化简:,结合同角三角函数基本关系式即可求解的值.
【详解】
即:
即:
即:
,故
①
又 ②
由①②可得:
即:
可得:,解得:
,故
故选:A
【方法技巧与总结】
1 ;
2 注意二倍公式中的使用,与、与、与均存在二倍角关系,都可以利用二倍角公式.
【题型二:二倍角的正切公式】
例2.(24-25高二上·云南昭通·阶段练习)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】先求出的值,然后利用二倍角的正切公式以及两角和的正切公式计算可得的值.
【详解】因为,则,可得,故,
所以,,
因此,.
故选:A.
变式2-1.(24-25高一上·天津西青·期末)求值:( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用二倍角的正切公式化简即可求出结果.
【详解】因为,
所以.
故选:D.
变式2-2.(23-24高二下·福建泉州·期末)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】先根据诱导公式和商关系得,再利用二倍角正切公式计算得到结果;
【详解】因为,可得,
所以,则.
故选:A.
变式2-3.(2025·辽宁·模拟预测)已知,且,则( )
A. B. C.7 D.
【答案】A
【分析】根据给定条件,结合同角公式求出,再利用二倍角的正切及差角的正切计算得解.
【详解】由,得,
即,由,得,则,
则,所以.
故选:A
【方法技巧与总结】
1 ;
2 注意二倍公式中的使用,与、与、与均存在二倍角关系,都可以利用二倍角公式.
【题型三:利用二倍角公式的“知角求值”】
例3.(23-24高二下·江苏南京·阶段练习)的值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】直接由三角恒等变换、二倍角公式即可运算求解.
【详解】因为
,
则.
故选:D.
变式3-1.(24-25高三上·福建泉州·期末)( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】C
【分析】先通分,再应用辅助公式结合二倍角公式计算化简求值即可.
【详解】
.
故选:C.
变式3-2.(24-25高一上·重庆沙坪坝·期末)( )
A. B. C. D.1
【答案】A
【分析】利用二倍角公式及两角和的正弦公式化简计算即可.
【详解】原式
.
故选:A
变式3-3.(24-25高三上·广东中山·期中)( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据题意,结合三角函数的基本关系式、诱导公式和倍角公式,化简、运算,即可求解.
【详解】由
.
故选:A.
【方法技巧与总结】
在给角求值中,要多注意角度之间的关系,比如它们的和差是否定值(之类)、倍数关系等,在求值过程中多尝试.
【题型四:利用二倍角公式的“知值求角”】
例4.(24-25高一上·黑龙江牡丹江·期末)若角,满足,,且,,则的大小为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据已知可得,,,,则,应用余弦倍角公式可得、,再应用正弦和角公式求,即可确定角的大小.
【详解】由,,则,,
由,,则,,
所以,,,
,
而,故.
故选:C
变式4-1.(24-25高三上·福建·期中)若,则的值可以为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据二倍角的正切公式以及弦切互化可得,进而得,即可求解.
【详解】由于,,
故由可得,
故,则,
取,取,
因此只有符合要求,
故选:B
变式4-2.(24-25高一上·福建福州·期末)若,,且,则下列结论正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据二倍角公式,以及两角差的正切公式,以及结合角的范围,诱导公式,即可求解.
【详解】,
因为,所以,
所以,得.
故选:D
变式4-3.(2025·福建漳州·模拟预测)已知,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由诱导公式得到,再结合两角差余弦公式、二倍角公式可求解;
【详解】因为,所以,
即,即.
又因为,所以,所以,
即.又,
所以,所以,
所以,
故选:A.
【方法技巧与总结】
给值求角中,要多注意已知角与所求角之间的关系(和差或倍数关系),求角时也要利用什么函数名求值.
【题型五:二倍角公式的角变换】
例5.(24-25高一上·广东惠州·期末)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】由,结合余弦二倍角公式即可求解;
【详解】因为,所以,
故选:D.
变式5-1.(2025·陕西咸阳·一模)已知,则( ).
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】以为整体,利用倍角公式结合齐次式问题分析求解即可.
【详解】由题意可得:
.
故选:C.
变式5-2.(2025·河北秦皇岛·模拟预测)已知为锐角,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据给定条件,利用诱导公式及二倍角的余弦公式计算得解.
【详解】由,得.
故选:D
变式5-3.(24-25高三上·山东菏泽·期末)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】利用两角和的正切公式可求得,利用二倍角的正切公式可求得.
【详解】由题意可得,,
所以,
故.
故选:C.
【方法技巧与总结】
角度变换中,要注意它们的核查或倍数关系,求值过程也可以利用换元法.
【题型六:二倍角公式的综合运用】
例6.(21-22高一下·福建三明·阶段练习)在锐角中,,则的范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据锐角三角形定义求出的范围,利用正弦定理和三角恒等变换将所求化为关于的三角函数,然后由三角函数性质求解可得.
【详解】在锐角中,,因为,,,
所以,,解得,
所以,,
而,
所以
可得,
所以由正弦定理可知:
,
因为,所以,
所以,即.
故选:A.
变式6-1.(24-25高三上·山东·阶段练习)在中,内角所对的边分别为,已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据给定条件,利用正弦定理及和角的正弦公式、二倍角公式求解即得.
【详解】在中,由正弦定理得,
则,
而,因此,
所以.
故选:B
变式6-2.(2025·湖南邵阳·一模)已知函数在区间上有且仅有4个零点,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】将看成一个整体,找出其范围,再根据正弦函数的图像和性质列出不等式求解.
【详解】,
令,得.
,.
令,由的图象得:
,化简得.
故选:D.
变式6-3.(2024·广东佛山·一模)函数是( )
A.偶函数,且最小值为-2 B.偶函数,且最大值为2
C.周期函数,且在上单调递增 D.非周期函数,且在上单调递减
【答案】B
【分析】根据函数的奇偶性判定方式以及函数的最值判断A,B;根据周期性判断,结合复合函数的单调性判断C,D.
【详解】定义域为,关于原点对称,
,
所以为偶函数,又,
令,,,
当时,即,有最小值,最小值为,
当时,即时,有最大值,最大值为2,故A错误,故B正确;
因为,所以为周期函数,
因为在上单调递减,在上单调递减,
当,,令,,,在单调递减,在单调递增,
当,,令,,,在单调递减,
由复合函数的单调性知,在上先减后增,在上单调递增;
故C,D错误,
故选:B.
变式6-4.(24-25高二上·河北邢台·开学考试)中,已知,且,则是( )
A.直角三角形 B.等腰三角形 C.等腰直角三角形 D.等腰或直角三角形
【答案】A
【分析】利用两角和差余弦公式二倍角公式化简得到,再根据正弦定理化角为边,化简可得结论得到答案.
【详解】因为,
所以,
所以,
设的外接圆半径为,
由正弦定理可得,
所以,,,
所以,可化为,即,
,可化为,
所以,故,
所以,即,
所以为直角三角形.
故选:A.
【方法技巧与总结】
三角恒等变换在解三角形或求解三角函数中都有广泛的应用.
一、单选题
1.(24-25高一上·广东广州·期末)下列正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【分析】利用倍角公式可求答案.
【详解】因为,所以A不正确;
因为,所以B不正确;
因为,所以C不正确;
因为,所以D正确.
故选:D
2.(24-25高三上·甘肃武威·期末)若,则的值为( )
A.2 B. C. D.
【答案】A
【分析】根据二倍角公式及同角三角函数的基本关系将弦化切,再代入计算可得.
【详解】因为,
所以.
故选:A
3.(24-25高一上·重庆沙坪坝·期末)( )
A. B. C. D.4
【答案】D
【分析】先由和差公式以及二倍角公式将化简为,再结合诱导公式即可得答案.
【详解】因为 ,
而,所以,
故选:D.
4.(2025·安徽·模拟预测)若,则的值为( )
A.1 B. C. D.
【答案】B
【分析】由二倍角公式可得,根据齐次式可得.
【详解】因为,
所以.
故选:B
5.(江苏省镇江市2025届高三下学期期初考试数学试题)已知,,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用两角和与差的余弦公式先求出 的值,从而可以得到的值,再结合二倍角的余弦公式即可得出结果.
【详解】解:因为,,
所以 ,
所以 ,
所以 ,
所以.
故选:D
6.(24-25高三下·山东聊城·开学考试)已知,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据已知角的正切值,利用正切函数的二倍角公式以及和角公式,可得答案.
【详解】由,则,
所以.
故选:A.
7. (2024·贵州贵阳·一模)已知满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据给定条件,利用二倍角、差角的正切公式计算即可.
【详解】由,得,
所以.
故选:B
8.(24-25高三上·江苏南通·阶段练习)记函数的图象为曲线段,直线与交于两点,直线与交于两点.若,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】如图,由得,结合可得,结合二倍角的余弦公式化简得出关于的方程,解之即可求解.
【详解】由,得,
当时,,即是图象的一条对称轴.
如图,由,得,所以.
由,
知点到直线的距离为点到直线的距离的2倍,
所以,得,
得,又,
所以,即,
整理得,
由,解得,
所以,解得.
故选:C
二、多选题
9.(24-25高三上·内蒙古呼和浩特·阶段练习)下列选项正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】AB
【分析】分别由两角差的正弦公式,两角和的正切公式和倍角公式即可依次判断.
【详解】对于A,,故A正确;
对于B,,故B正确;
对于C,,故C错误;
对于D,,故D错误.
故选:AB.
10. (2025·安徽·模拟预测)已知函数,则下列说法正确的是( )
A.函数的最小正周期为
B.函数在区间上单调递增
C.函数的图象的一条对称轴方程为
D.函数的图象可由的图象向左平移个单位长度得到
【答案】AD
【分析】对于选项A,将函数化简为最简形式,利用最小正周期公式即可求得;对于选项B利用整体代入思想与正弦函数的单调性可得;对于选项C利用对称轴公式即可求得,对于选项D则利用平移变换的知识即可求出.
【详解】对于A,
,
函数的最小正周期,故A正确;
对于B,因为,∴,
而函数在上不单调,故在区间上不单调,故B错误;
对于C,由(),得(),
不可能取到,故C错误;
对于D,由的图象向左平移个单位长度,得,故D正确.
故选:AD
11. (24-25高三下·湖南常德·开学考试)在中,内角所对的边分别为,且,则( )
A.若,则
B.若为锐角,则
C.若,则
D.若为锐角三角形,则
【答案】BCD
【分析】对于A,根据余弦定理与正弦定理,利用和角公式整理等式,结合三角形边与角的大小关系,可得答案;对于B,根据三角形内角的取值,由A所得等式,则可得等角,根据正弦定理,可得答案;对于C,利用余弦二倍角公式,可得答案;对于D,利用正切的二倍角公式,可得答案.
【详解】由得,由余弦定理得,即,
由正弦定理得,所以,
若,则,易知,从而,所以,A错误;
若为锐角,由及得,所以,由正弦定理得,B正确;
因为,所以为锐角, ,C正确;
当为锐角三角形时,由,得,
所以,D正确.
故选:BCD.
三、填空题
12.(2025·广东茂名·一模)已知,则 .
【答案】
【分析】将条件两边平方,再利用同角三角函数的平方关系和二倍角公式化简,得,解得.
【详解】由,两边平方得,
,
所以.
故答案为:
13. (24-25高三下·河南·开学考试)已知,则 .
【答案】
【分析】由已知可求得,利用二倍角的正切公式可求得,进而利用两角差的正切公式可求值.
【详解】因为,整理得,
所以,所以,
,
故答案为:.
14. (24-25高一下·湖南·开学考试)某工厂制作如图所示的一种标识,在半径为的圆内做一个关于圆心对称的“”型图形,“”型图形由两竖一横三个等宽的矩形组成,两个竖起来的矩形全等且它们的长边是横向矩形长边的倍,设为圆心,,记矩形的面积为,则的最大值为 .
【答案】
【分析】过点作,垂足为,设交于点,则、分别为、的中点,设四边形为横向矩形,可得出,,利用三角恒等变换化简的表达式,利用正弦型函数的最值可求得的最大值.
【详解】过点作,垂足为,设交于点,
则、分别为、的中点.
设四边形为横向矩形,如图所示,
由题意可知,,
因为,,所以,
所以.
所以矩形的面积
,其中,且为锐角,
因为,则,
故当时,即当时,取得最大值为.
故答案为:.
四、解答题
15.(24-25高一上·上海·课后作业)化简:.
【答案】1
【分析】由二倍角公式以及平方关系即可求解.
【详解】原式.
16.(23-24高二上·贵州铜仁·阶段练习)已知是第三象限角.
(1)求和的值;
(2)求的值.
【答案】(1),;
(2).
【分析】(1)根据同角三角函数的基本关系计算可得,利用两角差的余弦公式计算得出结果;
(2)根据诱导公式及二倍角公式计算可得.
【详解】(1)由题意有,
;
(2).
17. (24-25高一下·云南·开学考试)已知函数.
(1)将化成的形式;
(2)求的对称中心及单调递减区间;
【答案】(1);
(2)对称中心为,,单调递减区间为,.
【分析】(1)根据题意利用二倍角正余弦公式、辅助角公式化简整理即可;
(2)以为整体,结合余弦函数的对称性、单调性求解即可;
【详解】(1)由题意, ,
所以;
(2)令,,解得,,
所以的对称中心为,,
令,,解得,,
所以的单调递减区间为.
18. (2025·山东日照·一模)在中,角的对边分别为,且.
(1)求角;
(2)若为边上一点,且,求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)由,利用正弦定理和倍角公式化简,结合同角三角函数的商数关系或辅助角公式,求得或,可求角;
(2)由已知可得为等边三角形,则,中由余弦定理求得的值.
【详解】(1)依题意,,由正弦定理可得,
因为,所以,所以,
法一:即,
因为,所以,
所以,所以:,
所以,即.
法二:即,
所以,即,
因为,所以,
所以,即.
(2)因为,又因为,
所以为等边三角形,
则,
由余弦定理得,
所以,解得或(舍去),故.
19. (24-25高三上·广东肇庆·阶段练习)通过两角和的正、余弦公式和二倍角公式,可以推导出三倍角公式.例如:.
(1)根据上述过程,推导出关于的表达式;
(2)求的值;
(3)求的值.
【答案】(1)
(2)
(3)
【分析】(1)根据两角和的正弦公式、二倍角的正余弦公式和同角的平方关系计算即可求解;
(2)由、和同角的平方关系计算可得,解方程即可;
(3)由(1)得,结合两角和的正弦公式计算即可求解.
【详解】(1)
;
(2),即,
,
,即,
整理得;
(3)由(1)得,
.
【点睛】关键点点睛:本题解决的关键在于熟练常握三角函数恒等变换的相关公式,从而得解.
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2.2 二倍角的三角函数
课程标准
学习目标
(1)能从两角差的余弦公式推导出两角和与差的正弦、余弦、正切公式, 二倍角的正弦、余弦、正切公式, 了解它们的内在联系
(1)掌握二倍角的正弦公式,并会灵活运用;
(2)掌握二倍角的余弦公式,并会灵活运用;
(3)掌握二倍角的正切公式,并会灵活运用.
知识点01 二倍角公式
二倍角的正弦余弦正切公式
①
②
③
(由、、可推导出,,的公式)
【即学即练1】
(24-25高二上·湖南·期中)已知角的终边不在坐标轴上,且,则( )
A. B. C.或1 D.
【题型一:二倍角的正弦与余弦公式】
例1.(2025·安徽合肥·一模)已知,则( )
A. B. C.3 D.
变式1-1.(24-25高三上·北京朝阳·开学考试)已知角的终边经过点,则( )
A. B. C. D.
变式1-2.(24-25高三上·天津·阶段练习)已知,则( )
A. B. C. D.
变式1-3.(贵州省六盘水市2025届高三下学期适应性考试(一)数学试题)若,则( )
A. B. C. D.
【方法技巧与总结】
1 ;
2 注意二倍公式中的使用,与、与、与均存在二倍角关系,都可以利用二倍角公式.
【题型二:二倍角的正切公式】
例2.(24-25高二上·云南昭通·阶段练习)已知,则( )
A. B. C. D.
变式2-1.(24-25高一上·天津西青·期末)求值:( )
A. B. C. D.
变式2-2.(23-24高二下·福建泉州·期末)若,则( )
A. B. C. D.
变式2-3.(2025·辽宁·模拟预测)已知,且,则( )
A. B. C.7 D.
【方法技巧与总结】
1 ;
2 注意二倍公式中的使用,与、与、与均存在二倍角关系,都可以利用二倍角公式.
【题型三:利用二倍角公式的“知角求值”】
例3.(23-24高二下·江苏南京·阶段练习)的值为( )
A. B. C. D.
变式3-1.(24-25高三上·福建泉州·期末)( )
A.2 B.3 C.4 D.5
变式3-2.(24-25高一上·重庆沙坪坝·期末)( )
A. B. C. D.1
变式3-3.(24-25高三上·广东中山·期中)( )
A. B. C. D.
【方法技巧与总结】
在给角求值中,要多注意角度之间的关系,比如它们的和差是否定值(之类)、倍数关系等,在求值过程中多尝试.
【题型四:利用二倍角公式的“知值求角”】
例4.(24-25高一上·黑龙江牡丹江·期末)若角,满足,,且,,则的大小为( )
A. B. C. D.
变式4-1.(24-25高三上·福建·期中)若,则的值可以为( )
A. B. C. D.
变式4-2.(24-25高一上·福建福州·期末)若,,且,则下列结论正确的是( )
A. B. C. D.
变式4-3.(2025·福建漳州·模拟预测)已知,若,则( )
A. B. C. D.
【方法技巧与总结】
给值求角中,要多注意已知角与所求角之间的关系(和差或倍数关系),求角时也要利用什么函数名求值.
【题型五:二倍角公式的角变换】
例5.(24-25高一上·广东惠州·期末)已知,则( )
A. B. C. D.
变式5-1.(2025·陕西咸阳·一模)已知,则( ).
A. B. C. D.
变式5-2.(2025·河北秦皇岛·模拟预测)已知为锐角,若,则( )
A. B. C. D.
变式5-3.(24-25高三上·山东菏泽·期末)已知,则( )
A. B. C. D.
【方法技巧与总结】
角度变换中,要注意它们的核查或倍数关系,求值过程也可以利用换元法.
【题型六:二倍角公式的综合运用】
例6.(21-22高一下·福建三明·阶段练习)在锐角中,,则的范围是( )
A. B. C. D.
变式6-1.(24-25高三上·山东·阶段练习)在中,内角所对的边分别为,已知,则( )
A. B. C. D.
变式6-2.(2025·湖南邵阳·一模)已知函数在区间上有且仅有4个零点,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
变式6-3.(2024·广东佛山·一模)函数是( )
A.偶函数,且最小值为-2 B.偶函数,且最大值为2
C.周期函数,且在上单调递增 D.非周期函数,且在上单调递减
变式6-4.(24-25高二上·河北邢台·开学考试)中,已知,且,则是( )
A.直角三角形 B.等腰三角形 C.等腰直角三角形 D.等腰或直角三角形
【方法技巧与总结】
三角恒等变换在解三角形或求解三角函数中都有广泛的应用.
一、单选题
1.(24-25高一上·广东广州·期末)下列正确的是( )
A.
B.
C.
D.
2.(24-25高三上·甘肃武威·期末)若,则的值为( )
A.2 B. C. D.
3.(24-25高一上·重庆沙坪坝·期末)( )
A. B. C. D.4
4.(2025·安徽·模拟预测)若,则的值为( )
A.1 B. C. D.
5.(江苏省镇江市2025届高三下学期期初考试数学试题)已知,,则( )
A. B. C. D.
6.(24-25高三下·山东聊城·开学考试)已知,则( )
A. B. C. D.
7. (2024·贵州贵阳·一模)已知满足,则( )
A. B. C. D.
8.(24-25高三上·江苏南通·阶段练习)记函数的图象为曲线段,直线与交于两点,直线与交于两点.若,则( )
A. B. C. D.
二、多选题
9.(24-25高三上·内蒙古呼和浩特·阶段练习)下列选项正确的是( )
A. B.
C. D.
10. (2025·安徽·模拟预测)已知函数,则下列说法正确的是( )
A.函数的最小正周期为
B.函数在区间上单调递增
C.函数的图象的一条对称轴方程为
D.函数的图象可由的图象向左平移个单位长度得到
11. (24-25高三下·湖南常德·开学考试)在中,内角所对的边分别为,且,则( )
A.若,则
B.若为锐角,则
C.若,则
D.若为锐角三角形,则
三、填空题
12.(2025·广东茂名·一模)已知,则 .
13. (24-25高三下·河南·开学考试)已知,则 .
14. (24-25高一下·湖南·开学考试)某工厂制作如图所示的一种标识,在半径为的圆内做一个关于圆心对称的“”型图形,“”型图形由两竖一横三个等宽的矩形组成,两个竖起来的矩形全等且它们的长边是横向矩形长边的倍,设为圆心,,记矩形的面积为,则的最大值为 .
四、解答题
15.(24-25高一上·上海·课后作业)化简:.
16.(23-24高二上·贵州铜仁·阶段练习)已知是第三象限角.
(1)求和的值;
(2)求的值.
17. (24-25高一下·云南·开学考试)已知函数.
(1)将化成的形式;
(2)求的对称中心及单调递减区间;
18. (2025·山东日照·一模)在中,角的对边分别为,且.
(1)求角;
(2)若为边上一点,且,求的值.
19. (24-25高三上·广东肇庆·阶段练习)通过两角和的正、余弦公式和二倍角公式,可以推导出三倍角公式.例如:.
(1)根据上述过程,推导出关于的表达式;
(2)求的值;
(3)求的值.
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