内容正文:
第四章 三角函数与解三角形
第二节 同角三角函数基本关系式及诱导公式
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contents
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01
夯实·必备知识
研磨·高考题型
Part
02
课时作业
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03
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-sin α
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cos α
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tan α
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作 业
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[课标要求] 1.理解同角三角函数的基本关系式sin2α+cos2α=1, eq \f(sinα,cos α)=tan α eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α≠\f(π,2)+kπ,k∈Z)).2.掌握诱导公式,并会简单应用.
1.同角三角函数的基本关系
(1)平方关系:sin2α+cos2α=1.
(2)商数关系: eq \f(sinα,cos α)=tan α eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α≠\f(π,2)+kπ,k∈Z)).
2.三角函数的诱导公式
公式
一
二
三
四
五
六
角
2kπ+α
(k∈Z)
π+α
-α
π-α
eq \f(π,2) -α
eq \f(π,2) +α
公式
一
二
三
四
五
六
正弦
sin α
__________
_______
________
_______
_________
余弦
cos α
__________
_______
________
_______
_________
公式
一
二
三
四
五
六
正切
tan α
________
_______
-tan α
口诀
奇变偶不变,符号看象限
【常用结论】
同角三角函数的基本关系式的常见变形
(1)sin2α=1-cos2α=(1+cosα)(1-cos α);
cos2α=1-sin2α=(1+sinα)(1-sin α);
(sin α±cos α)2=1±2sin αcos α.
(2)sin α=tan αcos α eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α≠\f(π,2)+kπ,k∈Z)).
1.判断下列结论是否正确.(请在括号中打“√”或“×”)
(1)当α为钝角时,cos (π-α)=cos α.( )
(2)若sin (2kπ-α)= eq \f(3,5)(k∈Z),则sin α= eq \f(3,5).( )
(3)若α,β为锐角,则sin2α+cos2β=1.( )
(4)若α∈R,则tanα= eq \f(sin α,cos α)恒成立.( )
2.已知α是第二象限角,且cos α=- eq \f(1,3),则tan α的值是( )
A. eq \f(1,3) B.- eq \f(\r(2),3) C. eq \f(\r(2),4) D.-2 eq \r(2)
答案 D
解析 ∵α为第二象限角,
∴sin α= eq \r(1-cos 2α)= eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)))2)= eq \f(2\r(2),3),
∴tan α= eq \f(sin α,cos α)= eq \f(\f(2\r(2),3),-\f(1,3))=-2 eq \r(2).
3.若sin α= eq \f(\r(5),5), eq \f(π,2)<α<π,则tan α等于( )
A.-2 B.2 C. eq \f(1,2) D.- eq \f(1,2)
答案 D
解析 ∵ eq \f(π,2)<α<π,∴cos α=- eq \r(1-sin2α)=- eq \f(2\r(5),5),∴tanα= eq \f(sin α,cos α)=- eq \f(1,2).
4.若α∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),cos (π-α)= eq \f(3,5),则tan α=________.
答案 - eq \f(4,3)
解析 由cos (π-α)= eq \f(3,5),得-cos α= eq \f(3,5),解得cos α=- eq \f(3,5),而α∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),则sin α= eq \r(1-cos 2α)= eq \f(4,5),所以tan α= eq \f(sin α,cos α)=- eq \f(4,3).
题型一 同角三角函数基本关系式
[例1] (1)(2025·四川遂宁质检)若tan θ= eq \f(4,3),θ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,π)),则cos θ的值为( )
A. eq \f(3,5) B.- eq \f(3,5)
C. eq \f(4,5) D.- eq \f(4,5)
答案 A
解析 因为tan θ= eq \f(4,3),所以 eq \f(sin θ,cos θ)= eq \f(4,3).
因为sin 2θ+cos 2θ=1,所以 eq \f(16,9)cos 2θ+cos 2θ=1,解得cos θ=± eq \f(3,5).
因为tan θ= eq \f(4,3)>0,θ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,π)),所以θ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),所以cos θ= eq \f(3,5).故选A.
(2)(多选)(2025·河南周口质检)已知cos θ= eq \f(4-2m,m+5),tan θ= eq \f(m-3,4-2m),且θ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),下面选项正确的是( )
A.m=8
B.m=0或m=8
C.sin θ>cos θ
D.sin 2θ+2sin θcos θ=- eq \f(95,169)
答案 ACD
解析 由cos θ= eq \f(4-2m,m+5),tan θ= eq \f(m-3,4-2m),可得sin θ=cos θ×tan θ= eq \f(m-3,m+5),
∵sin 2θ+cos 2θ=1,
∴ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m-3,m+5)))2+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4-2m,m+5)))2=1,
解得m=0或m=8.
∵sin θ>0,cos θ<0,经检验,当m=0时,cos θ= eq \f(4-2m,m+5) >0,不合题意,
∴m=8,
此时sin θ= eq \f(5,13),cos θ=- eq \f(12,13),sin 2θ+2sin θcos θ=- eq \f(95,169).故A项正确,B项错误,CD项正确.故选ACD.
eq \a\vs4\al([思维升华])
(1)利用sin2α+cos2α=1可以实现角α的正弦、余弦的互化,利用 eq \f(sinα,cos α)=tan α可以实现角α的弦切互化.
(2)形如 eq \f(a sin α+b cos α,c sin α+d cos α),a sin2α+b sinαcos α+c cos2α等类型可进行弦化切.
(3)对于sinα+cos α,sin αcos α,sin α-cos α这三个式子,利用(sin α±cos α)2=1±2sin αcos α,可以知一求二.
[即时训练]
(1)设θ为第二象限角,若tan θ=- eq \f(1,2),则sin θ+cos θ=__________.
答案 - eq \f(\r(5),5)
解析 θ为第二象限角,则sin θ>0,cos θ<0,
若tan θ=- eq \f(1,2),则有 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(sin θ,cos θ)=-\f(1,2),,sin 2θ+cos 2θ=1,))解得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(sin θ=\f(\r(5),5),,cos θ=-\f(2\r(5),5),))
所以sin θ+cos θ= eq \f(\r(5),5)- eq \f(2\r(5),5)=- eq \f(\r(5),5).
(2)(2023·全国乙卷)若θ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),tan θ= eq \f(1,2),则sin θ-cos θ=________.
答案 - eq \f(\r(5),5)
解析 因为θ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),则sin θ>0,cos θ>0,
又因为tan θ= eq \f(sin θ,cos θ)= eq \f(1,2),则cos θ=2sin θ,
且cos2θ+sin2θ=4sin2θ+sin2θ=5sin2θ=1,
解得sinθ= eq \f(\r(5),5)或sin θ=- eq \f(\r(5),5)(舍去),
所以sin θ-cos θ=sin θ-2sin θ=-sin θ=- eq \f(\r(5),5).
题型二 诱导公式
[例2] (1)(2025·安康模拟)若sin (π+α)=- eq \f(4,5),则cos (π-2α)等于( )
A. eq \f(3,5) B.- eq \f(3,5)
C. eq \f(7,25) D.- eq \f(7,25)
答案 C
解析 ∵sin (π+α)=- eq \f(4,5),∴sin α= eq \f(4,5),
∴cos (π-2α)=-cos 2α=-(1-2sin2α)=2× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,5)))
eq \s\up12(2)-1= eq \f(7,25).
(2)已知sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,3)))= eq \f(12,13),则cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)-α))等于( )
A. eq \f(5,13) B. eq \f(12,13)
C.- eq \f(5,13) D.- eq \f(12,13)
答案 B
解析 因为sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,3)))= eq \f(12,13),
所以cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)-α))=sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)-α))))
=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,3)))= eq \f(12,13).
延伸探究 若把本例(2)中条件换为“cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+α))=- eq \f(1,3)”,那么sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)+α))的值为________.
答案 - eq \f(1,3)
解析 因为cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+α))=- eq \f(1,3),
所以sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)+α))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+\f(π,6)+α))
=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+α))=- eq \f(1,3).
eq \a\vs4\al([思维升华])
诱导公式的两个应用
(1)求值:负化正,大化小,化到锐角为终了.
(2)化简:统一角,统一名,同角名少为终了.
[即时训练]
(1)化简: eq \f(sin (θ-5π)cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2)-θ))cos (8π-θ),sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))sin (-θ-4π))等于( )
A.-sin θ B.sin θ
C.cos θ D.-cos θ
答案 A
解析 原式= eq \f(sin (θ-π)cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+θ))cos θ,cos θsin (-θ))
= eq \f((-sin θ)(-sin θ)cos θ,cos θ(-sin θ))=-sin θ.
(2)(2025·昆明质检)已知tan α=-2,则 eq \f(sin α+5cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π-α)),3sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))+sin α)=________.
答案 - eq \f(3,5)
解析 因为tan α=-2,
所以 eq \f(sin α+5cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π-α)),3sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))+sin α)= eq \f(sin α+5cos α,-3cos α+sin α)
= eq \f(tan α+5,-3+tan α)= eq \f(-2+5,-3-2)=- eq \f(3,5).
题型三 同角三角函数基本关系式和诱导公式的综合应用
[例3] (1)已知θ为第二象限角,且cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-π))= eq \f(2\r(5),5),则 eq \r(\f(1+cos θ,1-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-θ))))- eq \r(\f(1-cos θ,1+sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))))的值是( )
A.-4 B.4
C. eq \f(1,4) D.- eq \f(1,4)
答案 A
解析 因为cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-π))=-cos θ= eq \f(2\r(5),5),则cos θ=- eq \f(2\r(5),5),
又因为θ为第二象限角,则sin θ= eq \r(1-cos 2θ)= eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2\r(5),5)))2)= eq \f(\r(5),5),
因此 eq \r(\f(1+cos θ,1-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-θ))))- eq \r(\f(1-cos θ,1+sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))))
= eq \r(\f(1+cos θ,1-cos θ))- eq \r(\f(1-cos θ,1+cos θ))
= eq \r(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+cos θ))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-cos θ)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-cos θ))2))- eq \r(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+cos θ))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-cos θ)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+cos θ))2))
= eq \f(\r(1-cos 2θ),1-cos θ)- eq \f(\r(1-cos 2θ),1+cos θ)
= eq \f(sin θ,1-cos θ)- eq \f(sin θ,1+cos θ)
= eq \f(sin θ\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+cos θ))-sin θ\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-cos θ)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-cos θ))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+cos θ)))
= eq \f(2sin θcos θ,sin 2θ)= eq \f(2cos θ,sin θ)= eq \f(2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2\r(5),5))),\f(\r(5),5))=-4.故选A.
(2)已知sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3π+θ))= eq \f(1,3),则 eq \f(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+θ)),cos θ\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+θ))-1)))+ eq \f(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-2π)),sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-π))-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+θ)))的值为________.
答案 18
解析 由sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3π+θ))= eq \f(1,3),可得sin θ=- eq \f(1,3),
∴ eq \f(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+θ)),cos θ\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+θ))-1)))+
eq \f(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-2π)),sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-π))-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+θ)))
= eq \f(-cos θ,cos θ\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-cos θ-1)))+ eq \f(cos θ,-cos 2θ+cos θ)
= eq \f(1,1+cos θ)+ eq \f(1,1-cos θ)= eq \f(2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+cos θ))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1-cos θ)))= eq \f(2,1-cos 2θ)= eq \f(2,sin 2θ)=18.
eq \a\vs4\al([思维升华])
(1)利用同角三角函数基本关系式和诱导公式求值或化简时,关键是寻求条件、结论间的联系,灵活使用公式进行变形.
(2)注意角的范围对三角函数值符号的影响.
[即时训练]
(1)(2025·大连模拟)已知下列三角式:①sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(nπ+\f(4π,3)));②cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2nπ+\f(π,6)));③sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2nπ+\f(π,3)));④cos eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+1))π-\f(π,6)));⑤sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+1))π-\f(π,3))), eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n∈Z)),其中与sin eq \f(π,3)的值相同的是________.
答案 ②③⑤
解析 因为sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2),
对于①,当n=2k,k∈Z时,sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(nπ+\f(4π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(4π,3)))=sin eq \f(4π,3)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+\f(π,3)))=-sin eq \f(π,3)=- eq \f(\r(3),2),
当n=2k+1,k∈Z时,sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(nπ+\f(4π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ+π+\f(4π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+\f(4π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π+\f(π,3)))=sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2),故①不满足要求;
对于②,cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2nπ+\f(π,6)))=cos eq \f(π,6)= eq \f(\r(3),2),故②满足要求;
对于③,sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2nπ+\f(π,3)))=sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2),故③满足要求;
对于④,cos eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+1))π-\f(π,6)))=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π-\f(π,6)))=-cos eq \f(π,6)=- eq \f(\r(3),2),故④不满足要求;
对于⑤,sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2n+1))π-\f(π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π-\f(π,3)))=sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2),故⑤满足要求.
(2)已知关于x的方程sin2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2025π,2)+x))-sin (2 025π+x)-2-a=0有实数解,则实数a的取值范围为________.
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-3,-\f(3,4)))
解析 令f(x)=sin2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2025π,2)+x))-sin (2 025π+x)-2,
则f(x)=cos2x+sinx-2=-sin2x+sinx-1,
所以f(x)=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(sin x-\f(1,2)))
eq \s\up12(2)- eq \f(3,4),
又sin x∈[-1,1],所以f(x)∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-3,-\f(3,4))),
因为关于x的方程sin2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2025π,2)+x))-sin (2 025π+x)-2-a=0有实数
解,f(x)∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-3,-\f(3,4))),所以a的取值范围为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-3,-\f(3,4))).
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