内容正文:
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
第三节 两角和与差的正弦、余弦、正切公式
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
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目录
contents
Part 01 知识要点
Part 02 双基检测
Part 05 课时作业
Part 03 典例精析
Part 04 高考再现
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
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知识要点
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sin αcos β-cos αsin β
1.两角和与差的余弦、正弦、正切公式
(1)两角和与差的余弦
cos(α+β)=__________________________,
cos(α-β)=__________________________.
(2)两角和与差的正弦
sin(α+β)=__________________________,
sin(α-β)=__________________________.
cos αcos β-sin αsin β
cos αcos β+sin αsin β
sin αcos β+cos αsin β
(3)两角和与差的正切
tan(α+β)=___________________,
tan(α-β)=___________________.
(α,β,α+β,α-β均不等于kπ+eq \f(π,2),k∈Z)
其变形为:
tan α+tan β=tan(α+β)(1-tan αtan β),
tan α-tan β=________(1+tan αtan β).
eq \f(tan α+tan β,1-tan αtan β)
eq \f(tan α-tan β,1+tan αtan β)
tan(α-β)
1-2sin2α
eq \f(2tan α,1-tan2α)
2.二倍角的正弦、余弦、正切公式
(1)sin 2α=_________________;
(2)cos 2α=_______________=_____________=____________;
(3)tan 2α=__________.
2sin αcos α
cos2α-sin2α
2cos2α-1
3.两角和与差公式的应用总结
(1)应熟悉公式的逆用和变形应用,公式的正用是常见的,但逆用和变形应用则往往容易被忽视,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.
(2)角的变换
在应用两角和与差三角函数公式时,角的变换是最基本的技能,常见的变换有:
α=(α+β)-β;α=β-(β-α);α=(2α-β)-(α-β);α=eq \f(1,2) [(α+β)+(α-β)];α=eq \f(1,2)[(β+α)-(β-α)];α+β=(α+2β)-β;eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)+α))=eq \f(π,2)等.
【友情提示】 在公式Tα±β中,α,β,α+β必须使等式两端均有意义,即α,β,α±β都不能取eq \f(π,2)+kπ(k∈Z).否则,利用诱导公式求解.
4.二倍角公式的应用形式
二倍角公式的正用、逆用、变形应用是公式的三种主要使用方法,特别是二倍角的余弦公式,其变形公式在求值、化简、证明中有广泛的应用.解题时应根据不同的需要,灵活选取不同的形式.
二倍角公式的逆向变换及常见变形有:
1±sin 2α=(sin α±cos α)2;1+cos α=2cos2eq \f(α,2);1-cos α=2sin2eq \f(α,2);cos2α=eq \f(1+cos 2α,2);sin2α=eq \f(1-cos 2α,2).
其中,cos2α=eq \f(1+cos 2α,2),sin2α=eq \f(1-cos 2α,2)称为降幂公式,而把1-cos 2α=2sin2α,1+cos 2α=2cos2α称为升幂公式.
【友情提示】 (1)在应用二倍角的正切公式时,应注意α的取值范围,即tan α与tan 2α的值应存在.
(2)降幂公式是三角变换中非常重要的变形公式,升幂公式是根式化简时常用的公式.
1.函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=cos2eq \f(x,2)-sin2eq \f(x,2)的最小正周期为( )
A.eq \f(π,2)
B.π
C.4π
D.2π
解析:选D 因为feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=cos2eq \f(x,2)-sin2eq \f(x,2)=cos x,
所以函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的最小正周期T=2π.
2.已知sin α=eq \f(3,5),且a∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),则eq \f(sin 2α,cos2α)的值为( )
A.-eq \f(3,4)
B.-eq \f(3,2)
C.eq \f(3,4)
D.eq \f(3,2)
解析:选B 因为sin α=eq \f(3,5),且α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)),所以cos α=-eq \f(4,5),tan α=-eq \f(3,4),所以eq \f(sin 2α,cos2α)=eq \f(2sin α,cos α)=2tan α=-eq \f(3,2).
3.设a=eq \f(\r(2),2)(sin 17°+cos 17°),b=2cos213°-1,c=eq \f(\r(3),2),则( )
A.c<a<b
B.b<c<a
C.a<b<c
D.b<a<c
答案:A
4.若tanα= eq \f(1,3),tan (α+β)= eq \f(1,2),则tan β=______.
解析:tan β=tan [(α+β)-α]
= eq \f(tan (α+β)-tan α,1+tan (α+β)tan α)= eq \f(\f(1,2)-\f(1,3),1+\f(1,2)×\f(1,3))= eq \f(1,7).
答案: eq \f(1,7)
化简sin2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,6)))+sin2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,6)))-sin2α.
[思路点拨] 熟练运用公式,根据角的范围直接化简.
[精解详析] 原式=eq \f(1-cos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α-\f(π,3))),2)+eq \f(1-cos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,3))),2)-sin2α
=1-eq \f(1,2)
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(cos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α-\f(π,3)))+cos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,3)))))-sin2α
=1-cos 2α·coseq \f(π,3) -sin2α
=1-eq \f(cos 2α,2)-eq \f(1-cos 2α,2)=eq \f(1,2).
[解题心得]
(1)本题由变角入手,变角化同角;
(2)根式形式的三角函数式的化简,常以去根号为目标,为此常使被开方的式子配成完全平方式,化简时,要注意角的范围对符号的影响.
在△ABC中,sin A=eq \f(5,13),cos B=eq \f(3,5),求cos C的值.
[思路点拨] 利用A+B+C=π,得C=π-(A+B).
[精解详析] ∵A、B是△ABC的内角,且sin A=eq \f(5,13)<eq \f(1,2),cos 60°<cos B=eq \f(3,5)<cos 45°.
∴0°<A<30°或150°<A<180°,45°<B<60°.
∵A+B+C=180°.∴0°<A<30°,
∴cos A=eq \f(12,13).sin B=eq \f(4,5).∴cos C=cos[π-(A+B)]=-cos(A+B)
=-(cos Acos B-sin Asin B)
=-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12,13)×\f(3,5)-\f(5,13)×\f(4,5)))=-eq \f(16,65).
[解题心得]
根据三角形的内角和为180°和内角的三角函数值,能进一步确定角的取值范围,而此点最容易忽视不考虑上述隐含条件时,会出现cos A=±eq \f(12,13)两种情况,会有cos C取两值的错误情况,所以求值时一定要注意隐含条件,根据三角函数,进一步确定一下角的取值范围.
(2025·南充模拟)已知α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),β∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),且cos α=eq \f(1,7),cos(α+β)=-eq \f(11,14),求sin β的值.
[思路点拨] 首先凑角β=(α+β)-α,再用两角差的正弦公式求解,善于观察条件中的角与欲求式中角的内在联系,整体运用条件中角的函数值可使问题简化.
[精解详析] 因为α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),β∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),且cos α=eq \f(1,7),cos(α+β)=-eq \f(11,14),所以α+β∈(0,π),所以sin α=eq \r(1-cos2α) =eq \f(4\r(3),7),
sin(α+β)=eq \r(1-cos2α+β) =eq \f(5\r(3),14),
则sin β=sin[(α+β)-α]
=sin(α+β)cos α-cos(α+β)sin α
=eq \f(5\r(3),14)×eq \f(1,7)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(11,14)))×eq \f(4\r(3),7)=eq \f(\r(3),2).
[解题心得]
对于给值求值问题,即由给出的某些角的三角函数值,求另外一些角的三角函数值,关键在于“变角”,使“目标角”变换成“已知角”.若角所在的象限没有确定,则应分情况讨论,应注意公式的正用、逆用、变形运用,掌握其结构特征,还要会拆角、拼角等技巧.
1.(2025·全国二卷)已知0<α<π,cos eq \f(α,2)= eq \f(\r(5),5),则sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,4)))=( )
A. eq \f(\r(2),10) B. eq \f(\r(2),5)
C. eq \f(3\r(2),10) D. eq \f(7\r(2),10)
解析:选D cos α=2cos2 eq \f(α,2)-1=2× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(5),5)))
eq \s\up12(2)-1=- eq \f(3,5),
因为0<α<π,则 eq \f(π,2)<α<π,
则sinα= eq \r(1-cos2α)= eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,5)))\s\up12(2))= eq \f(4,5),
则sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,4)))=sin αcos eq \f(π,4)-cos αsin eq \f(π,4)= eq \f(4,5)× eq \f(\r(2),2)- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,5)))× eq \f(\r(2),2)= eq \f(7\r(2),10).故选:D.
2.(2024·新课标Ⅰ卷)已知cos(α+β)=m,tan αtan β=2,则cos(α-β)=( )
A.-3m
B.-eq \f(m,3)
C.eq \f(m,3)
D.3m
解析:选A 因为cos(α+β)=m,
所以cos αcos β-sin αsin β=m.
又tan αtan β=2,所以sin αsin β=2cos αcos β,
故cos αcos β-2cos αcos β=m,即cos αcos β=-m,
从而sin αsin β=-2m,所以cos(α-β)=-3m,故选:A.
3.(2024·全国甲卷)已知eq \f(cos α,cos α-sin α)=eq \r(3),则taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))=( )
A.2eq \r(3)+1
B.2eq \r(3)-1
C.eq \f(\r(3),2)
D.1-eq \r(3)
解析:选B 因为eq \f(cos α,cos α-sin α)=eq \r(3),
所以eq \f(1,1-tan α)=eq \r(3),解得tan α=1-eq \f(\r(3),3),
所以taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))=eq \f(tan α+1,1-tan α)=2eq \r(3)-1,故选:B.
4.(2023·新高考Ⅰ卷)已知sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-β))=eq \f(1,3),cos αsin β=eq \f(1,6),则coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+2β))=( )
A.eq \f(7,9)
B.eq \f(1,9)
C.-eq \f(1,9)
D.-eq \f(7,9)
解析:选B 因为sin(α-β)=sin αcos β-cos αsin β=eq \f(1,3),而cos αsin β=eq \f(1,6),
因此sin αcos β=eq \f(1,2),
则sin(α+β)=sin αcos β+cos αsin β=eq \f(2,3),
所以cos(2α+2β)=cos 2(α+β)
=1-2sin2(α+β)=1-2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))2=eq \f(1,9).故选:B.
5.(2025·北京高考)已知α,β∈[0,2π],且sin(α+β)=sin (α-β),cos (α+β)≠cos (α-β),写出满足条件的一组α=________,β=________.
解析:因为sin (α+β)=sin (α-β),cos (α+β)≠cos (α-β),
所以α+β,α-β的终边关于y轴对称,且不与y轴重合,
故α+β+α-β=π+2kπ,k∈Z且α+β≠ eq \f(π,2)+lπ,l∈Z,
即α= eq \f(π,2)+kπ,k∈Z,
故取α= eq \f(π,2),β= eq \f(π,6)可满足题设要求.
答案: eq \f(π,2) eq \f(π,6)(答案不唯一)
6.(2024·新课标Ⅱ卷)已知α为第一象限角,β为第三象限角,tan α+tan β=4,tan αtan β= eq \r(2)+1,则sin (α+β)=________.
解析:由题意得tan (α+β)= eq \f(tan α+tan β,1-tan αtan β)= eq \f(4,1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(2)+1)))=-2 eq \r(2),
因为α∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ,2kπ+\f(π,2))),β∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2mπ+π,2mπ+\f(3π,2))),
k,m∈Z,
所以α+β∈[(2m+2k)π+π,(2m+2k)π+2π],k,m∈Z,
又因为tan (α+β)=-2 eq \r(2)<0,
所以α+β∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1((2m+2k)π+\f(3π,2),(2m+2k)π+2π)),k,m∈Z,则sin (α+β)<0,
所以由 eq \f(sin (α+β),cos (α+β))=-2 eq \r(2),联立sin2(α+β)+cos2(α+β)=1,解得sin(α+β)=- eq \f(2\r(2),3).
答案:- eq \f(2\r(2),3)
$