内容正文:
第一章 三角函数
第一章 三角函数
必修第二册 数学
§4 正弦函数和余弦函数的概念及其性质
4.3 诱导公式与对称
4.4 诱导公式与旋转
第一章 三角函数
必修第二册 数学
目录
contents
Part
01
课 前 预 习
课 堂 互 动
Part
02
课时作业(六)
Part
03
第一章 三角函数
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第一章 三角函数
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第一章 三角函数
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学习目标
素养要求
1.了解正(余)弦函数诱导公式的意义和作用.
2.理解诱导公式的推导过程.
3.灵活运用诱导公式进行化简、求值和证明.
1.通过诱导公式的推导,培养逻辑推理的核心素养.
2.通过诱导公式的应用,提升数学运算的核心素养.
[自主梳理]
知识点一 诱导公式与对称
[问题1] 如图.在平面直角坐标系中,设角α,-α,π+α,π-α的终边与单位圆分别相交于点P,P1′,P2′,P3′,观察并思考.
(1)P与P1′关于x轴有怎样的位置关系?
(2)P与P2′关于原点有怎样的位置关系?
(3)P与P3′关于y轴有怎样的位置关系?
答:(1)关于x轴对称.
(2)关于原点对称.
(3)关于y轴对称.
[问题2] 根据任意角正(余)弦函数的定义,并结合问题1的结论思考下面问题:
(1)sin (-α)与sin α的值有何关系?cos (-α)与cos α的呢?
(2)sin (π+α)与sin α的值有何关系?cos (π+α)与cos α的呢?
(3)sin (π-α)与sin α的值有何关系?cos (π-α)与cos α的呢?
答:借助单位圆,依据三角函数的定义和对称关系得sin (-α)=-sin α,cos (-α)=cos α,sin (π+α)=-sin α,cos (π+α)=-cos α,sin (π-α)=sin α,cos (π-α)=-cos α.
知识点二 诱导公式与旋转
[问题1] 设锐角α的终边与单位圆交于点P(u,v),将终边绕点O沿逆时针方向旋转 eq \f(π,2) 得到点P′,即α+ eq \f(π,2) 的终边与单位圆交于点P′.
(1)怎样用点P坐标表示点P′的坐标?
(2)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,2))) 与cos α的值有何关系?
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,2))) 与sin α的呢?
答:(1)由平面几何的知识知P′的坐标为(-v,u).
(2)依据三角函数的定义得sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,2))) =cos α.
cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,2))) =-sin α.
[问题2] 利用问题1中(2)的结论和-α与α的正(余)弦关系,探究 eq \f(π,2) -α与α三角函数值的关系?
答:sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α)) =sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+(-α))) =cos (-α)=cos α,
同理得cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α)) =sin α.
►知识填空
1.正(余)弦函数的诱导公式
函数
角
sin α
cos α
α+2kπ(k∈Z)
sin α
cos α
α+π
-sin α
-cos α
-α
-sin α
cos α
π-α
sin α
-cos α
α-π
-sin α
-cos α
α+ eq \f(π,2)
cos α
-sin α
eq \f(π,2) -α
cos α
sin α
2.诱导公式的语言概括
除了关于-α的诱导公式sin (-α)=-sin α和cos (-α)=cos α,对于其他诱导公式中的角,都可以看作α+ eq \f(nπ,2) ,其中n=1,2,3,4k(k∈Z).
当n取奇数1或3时,公式的等号两边一个是正弦函数,另一个是余弦函数;当n取偶数2或4k(k∈Z)时,公式的等号两边都是正弦函数或都是余弦函数,其符号通常把α看成锐角时原三角函数的符号.
[自主检验]
1.sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(19π,6))) 的值是( )
A. eq \f(1,2)
B.- eq \f(1,2)
C. eq \f(\r(3),2)
D.- eq \f(\r(3),2)
答案:A
2.点A(sin 2 024°,cos 2 024°)在直角坐标平面上位于( )
A.第一象限
B.第二象限
C.第三象限
D.第四象限
答案:C
3.sin 95°+cos 175°化简为( )
A.sin 5°
B.cos 5°
C.0
D.2sin 5°
答案:C
4.已知sin (π+α)=- eq \f(1,3) ,则cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(3π,2))) =____________.
解析:∵sin (π+α)=-sin α=- eq \f(1,3) ,∴sin α= eq \f(1,3) .
∴cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(3π,2))) =cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-α)) =-sin α=- eq \f(1,3) .
答案:- eq \f(1,3)
题型一 利用诱导公式求值
[例1] (1)求sin (-1 200°)·cos 1 290°+cos (-1 020°)·sin (-1 050°)的值;
(2)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.
解:(1)由题意知:
原式=-sin (3×360°+120°)·cos (3×360°+210°)
-cos (2×360°+300°)·sin (2×360°+330°)
=-sin (180°-60°)·cos (180°+30°)
-cos (360°-60°)·sin (360°-30°)
=sin 60°·cos 30°+cos 60°·sin 30°
= eq \f(\r(3),2) × eq \f(\r(3),2) + eq \f(1,2) × eq \f(1,2) =1.
(2)∵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) .
[反思感悟] 解决三角函数求值问题的策略
(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.
求下列各式的值:
(1) cos eq \f(25,3) π+sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(15,4)π)) ;
(2)sin 810°+cos 360°.
解:(1)原式=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8π+\f(π,3))) +sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-4π+\f(π,4)))
=cos eq \f(π,3) +sin eq \f(π,4) = eq \f(1,2) + eq \f(\r(2),2) = eq \f(\r(2)+1,2) .
(2)原式=sin (2×360°+90°)+cos (360°+0°)=1+1=2.
题型二 利用诱导公式化简证明
[例2] 证明: eq \f(sin (-2π-α)cos (6π-α),sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(3,2)π))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(3,2)π))) =1.
证明:左边
= eq \f(sin (-α)·cos (-α),sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2π-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))))·cos \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2π-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α)))))
= eq \f((-sin α)·cos α,sin \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))))·cos \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α)))))
= eq \f(-sin α·cos α,-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))·cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))) = eq \f(-sin α·cos α,-cos α·sin α) =1=右边.
[反思感悟]
三角恒等式证明策略
利用诱导公式证明等式问题,关键在于公式的灵活应用,其证明的常用方法有
(1)从一边开始,使得它等于另一边,一般由繁到简.
(2)左右归一法,即证明左右两边都等于同一个式子.
(3)针对题设与结论间的差异,有针对性地进行变形,以消除差异.
化简: eq \f(cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-α))·sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-α))·sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α)),cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,2)-α))·sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3π,2)-α)))
解析:原式=
eq \f((-sin α)·cos α·cos α,cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π+\f(π,2)-α))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+\f(π,2)+α)))))
= eq \f(-sin α·cos α·cos α,sin α·cos α) =-cos α.
题型三 诱导公式的综合应用
[例3] 设角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))) 且α为第二象限角,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:由题意知m2+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(15),4))) eq \s\up20(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) .
[反思感悟]
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:一般是正弦、余弦互化.
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.
已知f(x)= eq \f(sin (π-x)cos (π+x)cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)π+x))cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7,2)π-x)),cos (3π-x)sin (π-x)sin (-π+x)sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)π+x))) .
(1)化简f(x);
(2)求f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(31,3)π)) .
解:(1)f(x)=
(2)f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(31,3)π)) = eq \f(sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(31,3)π)),cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(31,3)π)))
= eq \f(-sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10π+\f(π,3))),cos \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10π+\f(π,3)))) = eq \f(-sin \f(π,3),cos \f(π,3))
=- eq \r(3) .
[课堂小结]
1.诱导公式反映了各种不同形式的角的三角函数之间的相互关系,并具有一定的规律性,要记准用活.
2.诱导公式是三角变换的基本公式,其中角α可以是一个单角,也可以是一个复角,应用时要注意整体把握、灵活变通.
3.利用诱导公式求任意角的正弦、余弦函数值,常采用“负角化正角,大角化小角,最后转化成 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) 内的三角函数值”这种方式求解.
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