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第七章 三角函数
7.2.4 诱导公式
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课前案·自主学习
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CONTENTS
03
课堂案·互动探究
课后案·学业评价
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第七章 三角函数
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课前案·自主学习
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导学1 诱导公式⑤
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cos α
sin α
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导学2 诱导公式⑥~⑧
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课堂案·互动探究
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课后案·学业评价
03
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第七章 三角函数
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第2课时 角α与 eq \f(π,2)±α, eq \f(3π,2)±α
的三角函数的关系
学业标准
学科素养
1.了解公式⑤和公式⑥的推导方法;能够准确记忆诱导公式⑤~⑧.(难点)
2.灵活运用诱导公式进行三角函数式的化简、求值和证明.(重点)
1.通过诱导公式⑤~⑧的推导,培养逻辑推理等核心素养;
2.利用诱导公式求三角函数值,提升数学运算等核心素养.
如图所示,设α是任意角,其终边与单位圆交于点P1(x,y),与角α的终边关于直线y=x对称的角的终边与单位圆交于点P2.
(1)P2点的坐标是什么?
[提示] P2(y,x).
[提示] 对称.sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=cos α,cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=sin α.
◎结论形成
诱导公式⑤
sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=__________,
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=__________.
能利用诱导公式②⑤探究α与 eq \f(π,2)+α的三角函数的关系吗?
[提示] 如cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))=cos eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(π-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))))
=-cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=-sin α.
利用前面学习的诱导公式,你能发现 eq \f(3π,2)+α与α, eq \f(3π,2)-α与α间的三角函数的关系吗?
[提示] 如sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π-\f(π,2)+α))
=-sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=-cos α.
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-α))=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π-\f(π,2)-α))=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))
=-sin α.
◎结论形成
诱导公式⑥⑦⑧
sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))=__________,
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))=_______________.
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))=__________,
sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))=_______________.
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-α))=_______________,
sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-α))=_______________.
[点拨]
巧记诱导公式①~⑧
诱导公式一至六可归纳为k· eq \f(π,2)±α的形式,可概括为“奇变偶不变,符号看象限”:
(1)“变”与“不变”是针对互余关系的函数而言的.
(2)“奇”“偶”是对诱导公式k· eq \f(π,2)±α中的整数k来讲的.
(3)“象限”指k· eq \f(π,2)±α中,将α看成锐角时,k· eq \f(π,2)±α所在的象限,再根据“一全正,二正弦,三正切,四余弦”的符号规律确定原函数值的符号.
例如,将cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))写成cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1·\f(π,2)+α)),因为1是奇数,则“cos ”变为正弦函数符号“sin ”,又将α看成第一象限角时, eq \f(π,2)+α是第二象限角,cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))符号为“-”,故有cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))=-sin α.
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,2)))=cos α.( )
(2)若cos 10°=a,则sin 100°=a.( )
(3)若α为第二象限角,则sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,2)))=-cos α.( )
(4)tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))= eq \f(1,tan α).( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√
2.sin 165°等于( )
A.-sin 15°
B.cos 15°
C.sin 75°
D.cos 75°
解析 sin 165°=sin (90°+75°)=cos 75°.
答案 D
3.已知sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))= eq \f(1,3),则cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-α))的值为( )
A. eq \f(2\r(2),3)
B. eq \f(-2\r(2),3)
C. eq \f(1,3)
D.- eq \f(1,3)
答案 C
4.若cos α= eq \f(1,5),且α是第四象限角,则cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(5π,2)))=______________.
答案 eq \f(2\r(6),5)
题型一 利用诱导公式化简、求值 eq \a\vs4\al(一题多变)
(1)已知cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,6)))= eq \f(3,5),求sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(2π,3)))的值;
(2)化简:
eq \f(sin (2π+α)cos (π-α)cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,2)-α)),cos (π-α)sin (3π-α)sin (-π+α)sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,2)+α))).
[解析] (1)∵α+ eq \f(2π,3)= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,6)))+ eq \f(π,2),
∴sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(2π,3)))=sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,6)))+\f(π,2)))
=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,6)))= eq \f(3,5).
(2)原式= eq \f(sin α·(-cos α)·sin α·(-sin α),(-cos α)·sin α·(-sin α)·cos α)
=tan α.
[母题变式]
(变结论)若例1(1)的条件不变,求sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,3)))的值.
解析 sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,3)))=-sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-α))
=-sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+α))))=-cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+α))
=- eq \f(3,5).
[素养聚焦] 通过运用诱导公式进行化简求值,把数学运算核心素养体现在解题过程中.
解决化简求值问题的策略
(1)首先要仔细观察条件式与所求式之间的关系,发现它们的互补、互余关系.
(2)可以将已知式进行变形,向所求式转化,或将所求式进行变形,向已知式转化.
[提醒]
常见的互余关系有: eq \f(π,3)-α与 eq \f(π,6)+α, eq \f(π,4)+α与 eq \f(π,4)-α等;常见的互补关系有: eq \f(π,3)+θ与 eq \f(2π,3)-θ, eq \f(π,4)+θ与 eq \f(3π,4)-θ等.
[触类旁通]
1.已知sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,12)-\f(α,2)))=- eq \f(\r(5),4),则cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(13π,12)+\f(α,2)))=( )
A.- eq \f(\r(11),4)
B. eq \f(\r(11),4)
C.- eq \f(\r(5),4)
D. eq \f(\r(5),4)
解析 cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(13π,12)+\f(α,2)))=-cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12)+\f(α,2)))
=-sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12)+\f(α,2)))))
=-sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,12)-\f(α,2)))= eq \f(\r(5),4),故选D.
答案 D
题型二 利用诱导公式证明恒等式
[教材例8提升](1)求证:
eq \f(sin θ+cos θ,sin θ-cos θ)= eq \f(2sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,2)))-1,1-2sin2(π+θ)).
(2)求证: eq \f(tan (2π-α)sin (-2π-α)cos (6π-α),cos (α-π)sin (5π-α))
=-tan α.
[证明] (1)右边= eq \f(-2sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-θ))(-sin θ)-1,1-2sin2θ)
= eq \f(2sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(π+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-θ))))sin θ-1,1-2sin2θ)
= eq \f(-2sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-θ))sin θ-1,1-2sin2θ)
= eq \f(-2cos θsin θ-1,cos2θ+sin2θ-2sin2θ)= eq \f((sin θ+cos θ)2,sin2θ-cos2θ)
= eq \f(sinθ+cos θ,sin θ-cos θ)=左边.
所以原等式成立.
(2)左边= eq \f(\f(sin (2π-α),cos (2π-α))·sin (-α)·cos (-α),cos (π-α)sin (π-α))
= eq \f(-sin α·(-sin α)·cos α,cos α·(-cos α)·sin α)
=- eq \f(sin α,cos α)=-tan α=右边.
所以原式成立.
三角恒等式证明策略
对于恒等式的证明,应遵循化繁为简的原则,从左边推导右边或从右边推导左边,也可以左右归一,变更论证的方法.常用定义法、弦化切法、拆项拆角法、“1”的代换法、公式变形法等,要熟练掌握基本公式,善于从中选择巧妙简捷的方法.
[触类旁通]
2.求证: eq \f(2sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ-\f(3π,2)))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ+\f(π,2)))-1,1-2sin2(π+θ))= eq \f(tan(9π+θ)+1,tan (π+θ)-1).
证明 左边= eq \f(-2sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-θ))·(-sin θ)-1,1-2sin2θ)
= eq \f(2sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(π+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-θ))))sin θ-1,1-2sin2θ)
= eq \f(-2sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-θ))sin θ-1,1-2sin2θ)
= eq \f(-2cos θsin θ-1,cos2θ+sin2θ-2sin2θ)= eq \f((sin θ+cos θ)2,sin2θ-cos20θ)
= eq \f(sinθ+cos θ,sin θ-cos θ).
右边= eq \f(tan θ+1,tan θ-1)= eq \f(\f(sin θ,cos θ)+1,\f(sin θ,cos θ)-1)= eq \f(sin θ+cos θ,sin θ-cos θ).
∴左边=右边,故原等式成立.
题型三 诱导公式的综合应用 eq \a\vs4\al(一题多变)
已知cos α=- eq \f(4,5),且α为第三象限角.求:
(1)sin α的值;
(2)f(α)= eq \f(tan (π-α)·sin (π-α)·sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α)),cos (π+α))的值.
[解析] (1)因为α为第三象限角,
所以sin α=- eq \r(1-cos2α)=- eq \f(3,5).
(2)f(α)= eq \f((-tanα)·sin α·cos α,-cos α)
=tan α·sin α= eq \f(sin α,cos α)·sin α= eq \f(sin2α,cosα)
= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,5)))
eq \s\up12(2)× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5,4)))=- eq \f(9,20).
[母题变式]
1.(变结论)本例条件不变,求
f(α)= eq \f(sin (5π-α)cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,2)-α))tan (-π+α),-tan (-19π-α)sin (-α))的值.
解析 f(α)= eq \f(sin α·(-sin α)·tan α,tan α·(-sin α))
=sin α=- eq \f(3,5).
2.(变条件、变结论)将本例条件“cos α=- eq \f(4,5)”改为“α的终边与单位圆交于点P eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m,\f(\r(15),4)))”,“第三象限”改为“第二象限”,试求 eq \f(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,2))),sin (π+α)-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-α))+1)的值.
解析 由题意知m2+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(15),4)))
eq \s\up12(2)=1,
解得m2= eq \f(1,16),
因为α为第二象限角,故m<0,
所以m=- eq \f(1,4),
所以sin α= eq \f(\r(15),4),cos α=- eq \f(1,4).
原式= eq \f(-cos α,(-sin α)-(-cos α)+1)
= eq \f(\f(1,4),-\f(\r(15),4)-\f(1,4)+1)=- eq \f(3+\r(15),6).
诱导公式综合应用要“三看”
一看角:①化大为小;②看角与角间的联系,可通过相加、相减分析两角的关系.
二看函数名称:一般是弦切互化.
三看式子结构:通过分析式子,选择合适的方法,如分式可对分子分母同乘一个式子变形.
[触类旁通]
3.已知sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))+2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=0.
(1)若α为第一象限角,求sin α;
(2)求 eq \f(1+sin αcos α,sin2α-cos2α)的值.
解析 (1)由sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)+α))+2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))=0,得-cos α+2sin α=0,即2sin α=cos α,
又sin2α+cos2α=1,联立解得
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(sinα=-\f(\r(5),5),,cos α=-\f(2\r(5),5),))或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(sin α=\f(\r(5),5),,cos α=\f(2\r(5),5),))
因为α为第一象限角,所以sin α= eq \f(\r(5),5).
(2)由(1)知2sin α=cos α,得tan α= eq \f(1,2).
故 eq \f(1+sin αcos α,sin2α-cos2α)= eq \f(sin2α+cos2α+sinαcos α,sin2α-cos2α)= eq \f(tan2α+1+tanα,tan2α-1)=- eq \f(7,3).
[缜密思维提能区] 规范答题
三角函数的求值问题
[典例] (13分)已知tanα= eq \f(\r(5),5),
求 eq \f(cos (3π-α),sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,2)+α))-1)))+
eq \f(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,2)-α)),cos (3π+α)sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,2)+α))-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,2)+α)))的值.
[规范解答] eq \f(cos (3π-α),sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,2)+α))-1)))+
eq \f(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,2)-α)),cos (3π+α)sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,2)+α))-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,2)+α)))
= eq \f(cos [2π+(π-α)],cos α\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3π+\f(π,2)+α))-1)))+
eq \f(sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2π+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α)))),cos (π+α)sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2π+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))))-sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(3π+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α)))))(4分)
= eq \f(-cos α,cos α(-cos α-1))+ eq \f(cos α,-cos αcos α+cos α)(7分)
= eq \f(1,1+cos α)+ eq \f(1,1-cos α)= eq \f(2,sin2α).(10分)
∵tanα= eq \f(\r(5),5),
∴ eq \f(sin2α,1-sin2α)= eq \f(1,5),
即sin2α= eq \f(1,6),即原式=12.(13分)
[纠错心得]
1.对于八组诱导公式要熟记,特别注意符号和三角函数名称的变化.
2.注意计算中的技巧和常规化简运算的方法.
3.解答题要注意书写规范、完整.
知识落实
技法强化
(1)诱导公式⑤⑥⑦⑧.
(2)诱导公式的综合应用.
(1)本节课的主要方法有:公式法、角的构造.
(2)注意函数符号的变化,角与角之间的联系与构造.
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