内容正文:
第一章 三角函数
§4 正弦函数和余弦函数的概念及其性质
4.1 单位圆与任意角的正弦函数、余弦函数定义
4.2 单位圆与正弦函数、余弦函数的基本性质
(教师独具内容)
课程标准:1.借助单位圆理解三角函数(正弦、余弦)的定义.2.了解三角函数(正弦、余弦)的周期性、单调性、最大(小)值.
教学重点:1.任意角的正弦函数值、余弦函数值的求解.2.正弦函数、余弦函数的定义域、最值、周期性、单调性.3.任意角的三角函数(正弦、余弦)值的符号的判断.
教学难点:利用正弦函数、余弦函数的基本性质解决问题.
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目录
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知识点一 正弦函数和余弦函数定义
1.给定任意角α,作单位圆,角α的终边与单位圆的交点为P(u,v),点P的纵坐标v、横坐标u都是唯一确定的.把点P的_________叫作角α的正弦值,________叫作角α的余弦值.于是,在弧度意义下,对于α∈R,称v=sinα为任意角α的正弦函数,u=cosα为任意角α的余弦函数.
纵坐标v
横坐标u
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知识点二 正弦函数和余弦函数的基本性质
1.定义域:正弦函数、余弦函数的定义域均是____.
2.最大(小)值、值域:正弦函数v=sinα,余弦函数u=cosα在R上的最大值为____,最小值为______.它们的值域均为___________.
3.周期性:终边相同的角的正弦函数值_______,即对任意k∈Z,sin(α+2kπ)=______,α∈R;终边相同的角的余弦函数值_______,即对任意k∈Z,cos(α+2kπ)=______,α∈R.所以正弦函数v=sinα和余弦函数u=cosα均是周期函数,_________________是它们的周期,最小正周期为_____.
R
1
[-1,1]
-1
相等
sinα
相等
cosα
2kπ,k∈Z且k≠0
2π
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[2kπ-π,2kπ]
[2kπ,2kπ+π]
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5.正弦函数值和余弦函数值的符号
角α的正弦函数值、余弦函数值在各象限内的符号:
规律:一全正,二正弦,三全负,四余弦(如图所示).
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当角的终边在坐标轴上时,其相应的函数值如表:
角终边位置 x轴正半轴 y轴正半轴 x轴负半轴 y轴负半轴
正弦函数值 0 1 0 -1
余弦函数值 1 0 -1 0
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(1)三角函数值是比值,是一个实数,这个实数的大小与点P(x,y)在终边上的位置无关,只与角α的终边位置有关,即三角函数值的大小只与角有关.
(2)终边相同的角的正弦、余弦值相等,即sin(x+k·2π)=sinx,cos(x+k·2π)=cosx(k∈Z).
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1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若α=β+720°,则cosα=cosβ.( )
(2)若sinα=sinβ,则α=β.( )
(3)函数y=cosα在[0,π]上是减函数.( )
(4)函数y=sinα在R上的最小值是0.( )
√
×
√
×
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2.做一做
(1)若sinα<0,且cosα<0,则α在( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
(2)若角α的终边经过点P(5,-12),则sinα=______,cosα=______.
(3)-sin450°+cos750°=_________.
(4)sin2cos3的值的符号为______.
负
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题型一 正弦函数、余弦函数的定义及应用
已知角α的终边过点P(2t,-3t)(t≠0),求sinα,cosα的值.
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【跟踪训练】
1.若角α的终边在射线y=-3x(x≥0)上,求sinα,cosα的值.
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题型二 单位圆与正弦函数、余弦函数的基本性质的应用
已知函数y=-3sinx+1.
(1)求函数的定义域、值域、周期、单调区间;
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解析:sin400°=sin40°,因为v=sinα在0°<α<90°上单调递增,所以sin40°<sin50°,即sin400°<sin50°,故A错误;sin590°=sin230°,因为v=sinα在180°<α<270°上单调递减,所以sin220°>sin230°,即sin220°>sin590°,故B错误;cos500°=cos140°,因为u=cosα在90°<α<180°上单调递减,所以cos130°>cos140°,即cos130°>cos500°,故C正确;cos310°=cos(-50°),因为u=cosα在-90°<α<0°上单调递增,所以cos(-40°)>cos(-50°),即cos(-40°)>cos310°,故D错误.
(2)下列结论正确的是( )
A.sin400°>sin50° B.sin220°<sin590°
C.cos130°>cos500° D.cos(-40°)<cos310°
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题型三 正弦函数值、余弦函数值的符号判断
判断下列各函数值的符号:
解 (1)∵-410°角是第四象限角,且这一象限内的点的横坐标均大于0,∴cos(-410°)>0,∴cos(-410°)的符号是正号.
(2)∵135°角是第二象限角,且这一象限内的点的纵坐标均大于0,
∴sin135°>0,∴sin135°的符号是正号.
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【感悟提升】 正弦函数值、余弦函数值的正负规律
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【跟踪训练】
3.(1)若点P的坐标为(cos2024°,sin2024°),则点P在( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:因为2024°=5×360°+224°,所以2024°角的终边在第三象限,所以cos2024°<0,sin2024°<0,所以点P在第三象限.
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<
<
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解析:由sinx>0,知2kπ<x<2kπ+π,k∈Z.
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4.已知①sin4,②cos5,③sin6,④cos7,其中函数值为正的是________.
解析:∵4弧度角为第三象限角,5弧度角、6弧度角为第四象限角,7弧度角为第一象限角,∴sin4<0,cos5>0, sin6<0, cos7>0.
②④
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6.已知角α终边上的一个点为(3,-4),求sinα和cosα.
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解析:利用定义,从选项入手,代入验证即可.
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3.(多选)下列各三角函数值符号为负的是( )
A.sin10° B.cos(-220°)
C.sin(-10) D.cosπ
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二、填空题
6.5sin90°+2cos0°-3sin270°+10cos180°=_____.
解析:原式=5+2+3-10=0.
0
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7.已知角α的终边经过点(3a-9,a+2),且cosα≤0,sinα>0,则a的取值范围是____________.
解析:由cosα≤0,sinα>0,知角α为第二象限角或终边在y轴非负半轴上,∴a+2>0,3a-9≤0,∴-2<a≤3.
-2<a≤3
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8.函数f(x)的定义域为[0,1],则f(cosx)的定义域为_____________________.
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解:(1)∵-350°=-360°+10°是第一象限角,
∴cos(-350°)>0.
(2)∵105°是第二象限角,230°是第三象限角,
∴sin105°>0,cos230°<0,
∴sin105°cos230°<0.
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R
2.设角α终边上除原点外的一点Q(x,y),则sinα=eq \f(y,r),cosα=eq \f(x,r),其中r=_______.
eq \r(x2+y2)
4.单调性:对任意的k∈Z,正弦函数在区间_________________上单调递增,在区间___________________上单调递减;对任意的k∈Z,余弦函数在区间_______________上单调递增,在区间_________________上单调递减.
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2)))
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),2kπ+\f(3π,2)))
-eq \f(12,13)
eq \f(5,13)
-1+eq \f(\r(3),2)
解 r=eq \r(x2+y2)=eq \r((2t)2+(-3t)2)=eq \r(13)|t|.
当t<0时,sinα=eq \f(y,r)=eq \f(-3t,-\r(13)t)=eq \f(3\r(13),13),
cosα=eq \f(x,r)=eq \f(2t,-\r(13)t)=-eq \f(2\r(13),13);
当t>0时,sinα=-eq \f(3\r(13),13),cosα=eq \f(2\r(13),13).
【感悟提升】 利用三角函数的定义求值的策略
(1)已知角α的终边在直线上,求α的三角函数值时,常用的解题方法有以下两种:
方法一:先利用直线与单位圆相交,求出交点坐标,然后利用三角函数的定义求出相应的三角函数值.
方法二:注意到角的终边为射线,所以应分两种情况来处理,取射线上任一点坐标(a,b),则对应角的正弦值sinα=eq \f(b,\r(a2+b2)),余弦值cosα=eq \f(a,\r(a2+b2)).
(2)当角的终边上的点的坐标以参数的形式给出时,要根据问题的实际情况对参数进行分类讨论.
解:∵角α终边在射线y=-3x(x≥0)上,
∴取角α终边上一点P(1,-3),
则x=1,y=-3,r=|OP|=eq \r(10).
∴sinα=eq \f(y,r)=eq \f(-3,\r(10))=-eq \f(3\r(10),10),cosα=eq \f(x,r)=eq \f(1,\r(10))=eq \f(\r(10),10).
(2)求函数在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),\f(2π,3)))上的最值.
解 (1)由正弦函数v=sinx的性质可得函数y=-3sinx+1的性质如下:
定义域:R.
值域:[-2,4].
周期性:周期为2kπ(k∈Z,且k≠0),最小正周期为2π.
单调性:由v=sinx在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2)))(k∈Z)上单调递增,在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),2kπ+\f(3π,2)))(k∈Z)上单调递减,知y=-3sinx+1在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2)))(k∈Z)上单调递减,在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),2kπ+\f(3π,2)))(k∈Z)上单调递增.
(2)因为正弦函数v=sinx在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),\f(π,2)))上单调递增,在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),\f(2π,3)))上单调递减,且sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6)))=-eq \f(1,2),sineq \f(2π,3)=eq \f(\r(3),2),所以v=sinx在x=-eq \f(π,6)时取最小值-eq \f(1,2),在x=eq \f(π,2)时取最大值1.故y=-3sinx+1在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),\f(2π,3)))上的最大值是-3×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))+1=eq \f(5,2);最小值是-3×1+1=-2.
【感悟提升】
(1)对任意的k∈Z,正弦函数在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2)))上是增函数,在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),2kπ+\f(3π,2)))上是减函数.
(2)余弦函数在每一个闭区间[2kπ,(2k+1)π](k∈Z)上都是单调递减的,它的值由1减小到-1;在每一个闭区间[(2k+1)π,2(k+1)π](k∈Z)上都是单调递增的,它的值由-1增大到1.
2.(1)函数y=-sin2x+sinx的值域为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,4),\f(1,4)))
B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,4)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-2,\f(1,4)))
D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,4)))
解析:函数y=-sin2x+sinx,令t=sinx,则t∈[-1,1],函数可化为y=
-t2+t=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t-\f(1,2)))
eq \s\up12(2)+eq \f(1,4),所以当t=eq \f(1,2)时,函数取得最大值eq \f(1,4);当t=-1时,函数取得最小值-2,所以函数y=-sin2x+sinx的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-2,\f(1,4))).
(1)cos(-410°);(2)sin135°;(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4)));(4)cos570°.
(3)∵-eq \f(π,4)是第四象限角,且这一象限内的点的纵坐标均小于0,∴sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4)))<0,∴sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4)))的符号是负号.
(4)∵570°角是第三象限角,且这一象限内的点的横坐标均小于0,
∴cos570°<0,∴cos570°的符号是负号.
(2)用不等号(>,<)填空:
①sineq \f(4π,5)coseq \f(5π,4)______0;②eq \f(sin100°,sin200°cos300°)______0.
解析:①由eq \f(π,2)<eq \f(4π,5)<π,知sineq \f(4π,5)>0,由π<eq \f(5π,4)<eq \f(3π,2),知coseq \f(5π,4)<0,所以sineq \f(4π,5)coseq \f(5π,4)<0.
②由90°<100°<180°,知sin100°>0,由180°<200°<270°,知sin200°<0,由270°<300°<360°,知cos300°>0,所以eq \f(sin100°,sin200°cos300°)<0.
1.已知角α终边经过Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2),\f(1,2))),则cosα等于( )
A.eq \f(1,2)
B.eq \f(\r(3),2)
C.eq \f(\r(3),3)
D.±eq \f(1,2)
解析:cosα=eq \f(x,r)=eq \f(x,\r(x2+y2))=eq \f(\r(3),2).
2.若cosθ<0,且sinθ>0,则eq \f(θ,2)是________象限角( )
A.第一
B.第三
C.第一或第三
D.第一或第四
解析:由cosθ<0,可知θ为第二或第三象限角,由sinθ>0,可知θ为第一或第二象限角,所以θ为第二象限角,即eq \f(π,2)+2kπ<θ<π+2kπ,k∈Z,所以eq \f(π,4)+kπ<eq \f(θ,2)<eq \f(π,2)+kπ,k∈Z,所以eq \f(θ,2)为第一或第三象限角.故选C.
3.函数y=lg sinx的定义域是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ,2kπ+\f(π,2)))(k∈Z)
B.(2kπ,2kπ+π)(k∈Z)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ,2kπ+\f(3π,2)))(k∈Z)
D.(2kπ,2kπ+2π)(k∈Z)
5.函数y=cosx,x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),\f(2π,3))),则y的取值范围是____________.
解析:当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),0))时,y=cosx单调递增,y的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2),1));当x∈eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(2π,3)))时,y=cosx单调递减,y的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),1)).综上,y的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),1)).
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),1))
解:r=eq \r(32+(-4)2)=5,∴sinα=eq \f(y,r)=-eq \f(4,5),cosα=eq \f(x,r)=eq \f(3,5).
一、选择题
1.如果sinα=-eq \f(\r(3),2),则下列各点是角α终边上一点的是( )
A.(1,-eq \r(3))
B.(-eq \r(3),1)
C.(eq \r(3),-1)
D.(-1,eq \r(3))
2.已知角α的终边经过点(-1,eq \r(2)),则cos(6π+α)的值是( )
A.eq \f(\r(6),3)
B.-eq \f(\r(6),3)
C.eq \f(\r(3),3)
D.-eq \f(\r(3),3)
解析:由r=eq \r((-1)2+(\r(2))2)=eq \r(3),得cosα=eq \f(-1,\r(3))=-eq \f(\r(3),3).所以cos(6π+α)=cosα=-eq \f(\r(3),3).
解析:因为10°角是第一象限角,所以sin10°>0;因为-220°角是第二象限角,所以cos(-220°)<0;因为-10∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7π,2),-3π)),所以角-10是第二象限角,所以sin(-10)>0;cosπ=-1<0.
4.已知函数f(x)=eq \f(2cosx-3,cosx-2),则f(x)的最大值是( )
A.eq \f(5,3) B.2
C.eq \f(3,2)
D.1
解析:f(x)=eq \f(2cosx-3,cosx-2)=2+eq \f(1,cosx-2),令t=cosx,则t∈[-1,1],令g(t)=2+eq \f(1,t-2),易知g(t)=2+eq \f(1,t-2)在区间[-1,1]上单调递减,∴f(x)的最大值是g(-1)=eq \f(5,3).
5.设角θ是第二象限角,且eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(sin\f(θ,2)))=-sineq \f(θ,2),则角eq \f(θ,2)是( )
A.第一或第三象限角
B.第二或第四象限角
C.第三象限角
D.第四象限角
解析:∵角θ是第二象限角,∴θ∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),2kπ+π)),k∈Z,则eq \f(θ,2)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,4),kπ+\f(π,2))),k∈Z,∴角eq \f(θ,2)是第一或第三象限角.又eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(sin\f(θ,2)))=-sineq \f(θ,2),∴sineq \f(θ,2)≤0,故角eq \f(θ,2)是第三象限角.
解析:∵f(x)的定义域是[0,1],∴f(cosx)中需0≤cosx≤1.∴2kπ-eq \f(π,2)≤x≤2kπ+eq \f(π,2),k∈Z.∴y=f(cosx)的定义域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2))),k∈Z.
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2))),k∈Z
三、解答题
9.已知角θ终边上一点P(x,3)(x≠0),且cosθ=eq \f(\r(10),10)x,求sinθ的值.
解:∵r=eq \r(x2+9),cosθ=eq \f(x,r),∴eq \f(\r(10),10)x=eq \f(x,\r(x2+9)).
又x≠0,∴x=±1.∴r=eq \r(10).
∴sinθ=eq \f(y,r)=eq \f(3,\r(10))=eq \f(3\r(10),10).
10.判断下列各式的符号.
(1)cos(-350°);(2)sin105°cos230°;
(3)sin3cos4;(4)eq \f(sin(cosθ),cos(sinθ))(θ为第二象限角).
(3)∵eq \f(π,2)<3<π,π<4<eq \f(3π,2),
∴sin3>0,cos4<0,∴sin3cos4<0.
(4)∵θ为第二象限角,
∴0<sinθ<1<eq \f(π,2),-eq \f(π,2)<-1<cosθ<0,
∴sin(cosθ)<0,cos(sinθ)>0,∴eq \f(sin(cosθ),cos(sinθ))<0.
11.已知角α的终边在直线y=kx上,始边在x轴的非负半轴上,若sinα=eq \f(2\r(5),5),且cosα<0,求实数k的值.
解:∵sinα=eq \f(2\r(5),5)>0,cosα<0,∴α是第二象限角.
在直线y=kx上取第二象限内的点P(-1,-k)(k<0),∴eq \f(-k,\r(1+k2))=eq \f(2\r(5),5),
∴k=-2.
12.(1)求函数y=eq \r(log2\f(1,sinx)-1)的定义域;
(2)已知函数y=f(x)的定义域是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(1,4))),求函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)sinx))的定义域.
解:(1)为使函数有意义,需满足
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(log2\f(1,sinx)-1≥0,,sinx>0,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(sinx≤\f(1,2),,sinx>0,))
由单位圆(如图所示)得函数的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(2kπ<x≤2kπ+\f(π,6),k∈Z))))∪eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(5π,6)≤x<2kπ+π,k∈Z)))).
(2)依题意有0≤eq \f(1,2)sinx≤eq \f(1,4),
解得0≤sinx≤eq \f(1,2).
由单位圆(如图所示)得2kπ≤x≤eq \f(π,6)+2kπ(k∈Z)或eq \f(5π,6)+2kπ≤x≤π+2kπ(k∈Z).
故函数的定义域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ,\f(π,6)+2kπ))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(5π,6)+2kπ,π+2kπ))(k∈Z).
$$