4.3 二倍角的三角函数公式(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中数学必修第二册(北师大版2019)

2025-03-31
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内容正文:

第四章 三角恒等变换 §3 二倍角的三角函数公式 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 课前案·自主学习 01 课堂案·互动探究 02 课后案·学业评价 03 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 01 课前案·自主学习 栏目导航 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 2sin αcos α cos2 α-sin2 α 1-2sin2 α 2cos2 α-1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 02 课堂案·互动探究 栏目导航 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 03 课后案·学业评价 点击进入Word 栏目导航 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 谢谢观看 栏目导航 第四章 三角恒等变换 1 学业标准 素养目标 1.会用Sα+β,Cα+β,Tα+β公式推导二倍角公式;能用二倍角公式推导半角公式.(难点) 2.掌握二倍角公式、理解半角公式,并能利用公式进行化简、求值.(重点) 1.通过二倍角公式和半角公式的推导,培养逻辑推理等核心素养. 2.通过二倍角公式和半角公式的应用,促使数学运算等核心素养的提升. 导学1 二倍角公式 在公式Cα+β,Sα+β和Tα+β中,若α=β,公式还成立吗? [提示] 成立. 在上述公式中,若α=β,你能得到什么结论? [提示] cos 2α=cos2 α-sin2 α,sin 2α=2sin αcos α,tan 2α=eq \f(2tan α,1-tan2 α). 根据同角三角函数的基本关系式sin2 α+cos2 α=1,你能否只用sin α或cos α表示cos 2α? [提示] cos 2α=cos2 α-sin2 α=cos2 α-(1-cos2 α)=2cos2 α-1. ◎结论形成 二倍角的正弦、余弦、正切公式 名称 公式 记法 二倍角的正弦 sin 2α=_________________ S2α 二倍角的余弦 cos 2α=________________=________________=_________________ C2α 二倍角的正切 tan 2α=______________ T2α eq \f(2tan α,1-tan2 α) [导学点睛] “二倍”的含义 倍角公式中的“倍角”是相对的,对于两个角的比值等于2的情况都成立,如6α是3α的2倍,3α是eq \f(3α,2)的2倍.这就是说,“倍”是相对而言的,是描述两个数量之间的关系的. 导学2 半角公式 我们知道二倍角公式中,“倍角是相对的”,那么对余弦的二倍角公式,若用2α替换α,结果怎样? [提示] 结果是cos α=2cos2 eq \f(α,2)-1=1-2sin2 eq \f(α,2)=cos2 eq \f(α,2)-sin2 eq \f(α,2). 根据上述结果,试用sin α,cos α表示sin eq \f(α,2),cos eq \f(α,2),tan eq \f(α,2). [提示] ∵cos2 eq \f(α,2)=eq \f(1+cos α,2),∴cos eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1+cos α,2)), 同理sin eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1-cos α,2)),∴tan eq \f(α,2)=eq \f(sin \f(α,2),cos \f(α,2))=± eq \r(\f(1-cos α,1+cos α)). ◎结论形成 半角三角函数的公式(半角公式) sin eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1-cos α,2));cos eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1+cos α,2)); tan eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1-cos α,1+cos α))=eq \f(sin α,1+cos α)=eq \f(1-cos α,sin α). 在这些公式中,根号前面的符号由eq \f(α,2)所在的象限相应的三角函数值的符号确定,若eq \f(α,2)所在象限无法确定,则应保留根号前面的正、负两个符号. 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)对于任意的角α,都有sin 2α=2sin α成立.(  ) (2)存在角α,使cos 2α=2cos α成立.(  ) (3)cos 3αsin 3α=eq \f(1,2)sin 6α对任意的角α都成立.(  ) (4)cos eq \f(α,2)=eq \r(\f(1+cos α,2)).(  ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× 2.已知α是第三象限角,cos α=-eq \f(5,13),则sin 2α等于(  ) A.-eq \f(12,13)        B.eq \f(12,13) C.-eq \f(120,169) D.eq \f(120,169) 解析 由α是第三象限角,且cos α=-eq \f(5,13), 得sin α=-eq \f(12,13),所以sin 2α=2sin αcos α =2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(12,13)))×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5,13)))=eq \f(120,169),故选D. 答案 D 3.已知2π<θ<4π,且sin θ=-eq \f(3,5),cos θ<0,则tan eq \f(θ,2)=(  ) A.-3 B.3 C.-eq \f(1,3) D.eq \f(1,3) 解析 由题意知θ为第三象限角, cos θ=-eq \r(1-\f(9,25))=-eq \f(4,5), 所以tan eq \f(θ,2)=eq \f(sin θ,1+cos θ)=eq \f(-\f(3,5),1-\f(4,5))=-3.故选A. 答案 A 4.若cos α=-eq \f(3,5),且α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π,\f(3π,2))),则coseq \f(α,2)=________. 解析 ∵α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π,\f(3π,2))),∴eq \f(α,2)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),\f(3π,4))), ∴coseq \f(α,2)=-eq \r(\f(1+cos α,2))=-eq \f(\r(5),5). 答案 -eq \f(\r(5),5) 题型一 利用二倍角公式求值 (1)求下列各式的值. ①eq \f(2,3)-eq \f(4,3)sin2 15°;②cos eq \f(π,5)cos eq \f(2π,5). (2)已知coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))=eq \f(3,5),eq \f(π,2)≤α<eq \f(3π,2),求coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,4)))的值. [解析] (1)①eq \f(2,3)-eq \f(4,3)sin2 15°=eq \f(2,3)(1-2sin2 15°)=eq \f(2,3)cos 30°=eq \f(\r(3),3). ②原式=eq \f(2sin \f(π,5)cos\f(π,5)cos \f(2π,5),2sin \f(π,5))=eq \f(sin \f(2π,5)cos \f(2π,5),2sin \f(π,5))=eq \f(sin \f(4π,5),4sin \f(π,5))=eq \f(sin \f(π,5),4sin \f(π,5))=eq \f(1,4). (2)因为eq \f(π,2)≤α<eq \f(3π,2),所以eq \f(3π,4) ≤α+eq \f(π,4)<eq \f(7π,4). 因为coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))>0,所以eq \f(3π,2)<α+eq \f(π,4)<eq \f(7π,4). 所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))=-eq \r(1-cos2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4))))=-eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))2)=-eq \f(4,5). 所以cos 2α=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,2)))=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4))) =2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,5)))×eq \f(3,5)=-eq \f(24,25), sin 2α=-coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,2)))=1-2cos2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))=1-2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)))2=eq \f(7,25). 所以coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,4)))=eq \f(\r(2),2)cos 2α-eq \f(\r(2),2)sin 2α =eq \f(\r(2),2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(24,25)-\f(7,25)))=-eq \f(31\r(2),50). 利用倍角公式求值的思路 (1)注意观察式子的结构特点及角之间是否存在特殊的倍数关系,灵活正用或逆用二倍角公式. (2)一是对题设条件变形,将题设条件中的角、函数名向结论中的角、函数名靠拢;另一种是对结论变形,将结论中的角、函数名向题设条件中的角、函数名靠拢,以便将题设条件代入结论. (3)注意几种公式的灵活应用,如: ①sin 2x=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-2x))=coseq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x)))) =2cos2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x))-1=1-2sin2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x)); ②cos 2x=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-2x))=sineq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x)))) =2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x))coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x)). [触类旁通] 1.(1)若α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),且3cos 2α=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α)),则sin 2α的值为(  ) A.eq \f(1,18)         B.-eq \f(1,18) C.eq \f(17,18) D.-eq \f(17,18) (2)已知tan α+eq \f(1,tan α)=eq \f(5,2),α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(π,2))),求cos 2α和sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,4)))的值. 解析 (1)cos 2α=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-2α)) =sin 2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α)), 代入原式,得 6sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α)). 因为α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),所以coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))=eq \f(1,6), 所以sin 2α=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-2α))=2cos2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))-1=-eq \f(17,18). (2)由tan α+eq \f(1,tan α)=eq \f(5,2),得eq \f(sin α,cos α)+eq \f(cos α,sin α)=eq \f(5,2), 则eq \f(2,sin 2α)=eq \f(5,2),即sin 2α=eq \f(4,5). 因为α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(π,2))),所以2α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)), 所以cos 2α=-eq \r(1-sin22α)=-eq \f(3,5), 所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,4)))=sin 2α·cos eq \f(π,4)+cos 2α·sin eq \f(π,4)=eq \f(4,5)×eq \f(\r(2),2)-eq \f(3,5)×eq \f(\r(2),2)=eq \f(\r(2),10). 答案 (1)D (2)略 题型二 半角公式的应用 一题多变 已知cos α=eq \f(1,3),α为第四象限角,求sin eq \f(α,2),cos eq \f(α,2),tan eq \f(α,2). [解析] sin eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1-cos α,2))=± eq \r(\f(1-\f(1,3),2))=±eq \f(\r(3),3), cos eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1+cos α,2))=± eq \r(\f(1+\f(1,3),2))=±eq \f(\r(6),3), tan eq \f(α,2)=± eq \r(\f(1-cos α,1+cos α))=± eq \r(\f(1-\f(1,3),1+\f(1,3)))=±eq \f(\r(2),2). ∵α为第四象限角,∴eq \f(α,2)为第二、四象限角. 当eq \f(α,2)为第二象限角时, sin eq \f(α,2)=eq \f(\r(3),3),cos eq \f(α,2)=-eq \f(\r(6),3),tan eq \f(α,2)=-eq \f(\r(2),2); 当eq \f(α,2)为第四象限角时, sin eq \f(α,2)=-eq \f(\r(3),3),cos eq \f(α,2)=eq \f(\r(6),3),tan eq \f(α,2)=-eq \f(\r(2),2). [母题变式] (变结论)若本例条件不变,求taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-\f(α,2)))的值. 解析 ∵α是第四象限角,∴sin α=-eq \r(1-cos2 α)=-eq \f(2\r(2),3), ∴taneq \f(α,2)=eq \f(sin α,1+cos α)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2\r(2),3)))÷eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(1,3)))=-eq \f(\r(2),2), 所以taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-\f(α,2)))=eq \f(1-tan\f(α,2),1+tan\f(α,2))=eq \f(1+\f(\r(2),2),1-\f(\r(2),2))=3+2eq \r(2). 利用半角公式求值的思路 (1)看角:若已知三角函数式中的角是待求三角函数式中角的两倍,则求解时常常借助半角公式求解. (2)明范围:由于半角公式求值常涉及符号问题,因此求解时务必依据角的范围,求出相应半角的范围. (3)选公式:涉及半角公式的正切值时,常用tan eq \f(α,2)=eq \f(sin α,1+cos α)=eq \f(1-cos α,sin α),其优点是计算时可避免因开方带来的求角的范围问题;涉及半角公式的正、余弦值时,常先利用sin2 eq \f(α,2)=eq \f(1-cos α,2),cos2 eq \f(α,2)=eq \f(1+cos α,2)计算. (4)下结论:结合(2)求值. [触类旁通] 2.(1)若cos α=eq \f(1,3),α∈(0,π),则coseq \f(α,2)的值为(  ) A.eq \f(\r(6),3) B.-eq \f(\r(6),3) C.±eq \f(\r(6),3) D.±eq \f(\r(3),3) (2)若cos α=-eq \f(4,5),α是第三象限的角,则eq \f(1+tan \f(α,2),1-tan \f(α,2))等于(  ) A.-eq \f(1,2) B.eq \f(1,2) C.2 D.-2 解析 (1)由题意知eq \f(α,2)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))), ∴coseq \f(α,2)>0,coseq \f(α,2)= eq \r(\f(1+cos α,2))=eq \f(\r(6),3). (2)∵α是第三象限角,cos α=-eq \f(4,5),∴sin α=-eq \f(3,5), ∴tan eq \f(α,2)=eq \f(sin α,1+cos α)=eq \f(-\f(3,5),1-\f(4,5))=-3,∴eq \f(1+tan \f(α,2),1-tan \f(α,2))=eq \f(1-3,1+3)=-eq \f(1,2). 答案 (1)A (2)A 题型三 三角函数性质与恒等变换的综合应用 已知函数f(x)=4tan xsineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-x))·coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))-eq \r(3). (1)求f(x)的定义域与最小正周期; (2)讨论f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4)))上的单调性. [解析] (1)f(x)的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≠\f(π,2)))+kπ,k∈Z)). f(x)=4tan xcos xcoseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))-eq \r(3)=4sin xcoseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))-eq \r(3) =4sin xeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)cos x+\f(\r(3),2)sin x))-eq \r(3)=2sin xcos x+2eq \r(3)sin2 x-eq \r(3) =sin 2x+eq \r(3)(1-cos 2x)-eq \r(3)=sin 2x-eq \r(3)cos 2x=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))). 所以f(x)的最小正周期T=eq \f(2π,2)=π. (2)令-eq \f(π,2)+2kπ≤2x-eq \f(π,3)≤eq \f(π,2)+2kπ, 得-eq \f(π,12)+kπ≤x≤eq \f(5π,12)+kπ,k∈Z. 设A=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4))), B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\f(π,12)))+kπ≤x≤\f(5π,12)+kπ,k∈Z)), 易知A∩B=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,4))). 所以当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4)))时, f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,4)))上单调递增, 在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),-\f(π,12)))上单调递减. [素养聚焦] 应用三角公式进行恒等变换,把三角函数式化为一个角的三角函数,体现了逻辑推理、数学运算等核心素养. 三角函数性质与恒等变换的综合问题的解题策略 运用三角函数的和、差、倍角公式将函数关系式化成y=asin ωx+bcos ωx+k的形式,借助辅助角公式化为y=Asin(ωx+φ)+k(或y=Acos(ωx+φ)+k)的形式,将ωx+φ看作一个整体研究函数的性质.研究图象问题时用数形结合的方法直观解题,由“数”想图,借“图”解题. [触类旁通] 3.(2024·重庆高一检测)已知函数f(x)=cos x·sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,3)))-eq \r(3)cos2x+eq \f(\r(3),4),x∈R. (1)求f(x)的最小正周期; (2)求f(x)在闭区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4)))上的最大值和最小值. [解析] (1)由已知,有f(x)=cos x·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)sin x+\f(\r(3),2)cos x))-eq \r(3)cos2x+eq \f(\r(3),4) =eq \f(1,2)sin x·cos x-eq \f(\r(3),2)cos2x+eq \f(\r(3),4)=eq \f(1,4)sin 2x-eq \f(\r(3),4)(1+cos 2x)+eq \f(\r(3),4) =eq \f(1,4)sin 2x-eq \f(\r(3),4)cos 2x=eq \f(1,2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))). 所以f(x)的最小正周期T=eq \f(2π,2)=π. (2)因为f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),-\f(π,12)))上是减函数,在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,4)))上是增函数,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4)))=-eq \f(1,4),feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12)))=-eq \f(1,2),feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)))=eq \f(1,4), 所以,函数f(x)在闭区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4)))上的最大值为eq \f(1,4),最小值为-eq \f(1,2). 知识落实 技法强化 1.倍角公式、半角公式的推导及简单应用. 2.恒等变换的综合应用. 1.转化法、整体代换法. 2.半角公式中符号的选取及隐含条件的挖掘. $$

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