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  • 专题16,三角恒等变换、三角函数应用(知识精讲)(解析版)

    时间:2021-01-19 20:16:54 来源:蒲公英阅读网 本文已影响 蒲公英阅读网手机站

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     专题十六

      三角恒等变换、三角函数的应用 知识精讲 一 一 知识结构图 内

     容 考点 关注点

      三角恒等变换、 三角函数的应用

     利用两角和与差的正弦、余弦、正切公式求值、化简

     角的范围 三角函数图象变换

     左右平移 由图象求函数的解析式 五个关键点 三角恒等变换与三角函数图象性质的综合问题 公式运用及三角函数的图象与性质

     二 二. 学法指导 1.解含非特殊角的三角函数式的求值问题的一般思路是:

     (1)把非特殊角转化为特殊角的和或差,正用公式直接求值. (2)在转化过程中,充分利用诱导公式,构造两角差的余弦公式的结构形式,然后逆用公式求值. 2. 给值求值问题的解题策略 1已知某些角的三角函数值,求另外一些角的三角函数值时,要注意观察已知角与所求表达式中角的关系,即拆角与凑角. 2由于和、差角与单角是相对的,因此解题过程中可以根据需要灵活地进行拆角或凑角.常见角的变换有:

     ①α=α-β+β; ②α= α+β2+ α-β2;

     ③2α=α+β+α-β; ④2β=α+β-α-β. 3.已知三角函数值求角的解题步骤

     1界定角的范围,根据条件确定所求角的范围. 2求所求角的某种三角函数值.为防止增解最好选取在范围内单调的三角函数. 3结合三角函数值及角的范围求角. 4.辅助角公式及其运用 1公式形式:公式 asin α+bcos α= a 2 +b 2 sinα+φ或 asin α+bcos α= a 2 +b 2 cosα-φ将形如 asin α+bcos αa,b 不同时为零的三角函数式收缩为同一个角的一种三角函数式. 2形式选择:化为正弦还是余弦,要看具体条件而定,一般要求变形后角 α 的系数为正,这样更有利于研究函数的性质. 5.公式 T (α±β) 的结构特征和符号规律:

     (1)结构特征:公式 T (α±β) 的右侧为分式形式,其中分子为 tan α 与 tan β 的和或差,分母为 1 与 tan αtan β 的差或和. (2)符号规律:分子同,分母反. 6.利用公式 T (α + β) 求角的步骤:

     (1)计算待求角的正切值. (2)缩小待求角的范围,特别注意隐含的信息. (3)根据角的范围及三角函数值确定角. 7.公式 T α±β 的逆用 一方面要熟记公式的结构,另一方面要注意常值代换. 如tan π4 =1,tanπ6 =33,tan π3 = 3等. 要特别注意tan π4 +α =1+tan α1-tan α ,tan π4 -α =1-tan α1+tan α . 8.证明三角恒等式的原则与步骤 1观察恒等式两端的结构形式,处理原则是从复杂到简单,高次降低,复角化单角,如果两端都比较复杂,就将两端都化简,即采用“两头凑”的思想. 2证明恒等式的一般步骤:

     ①先观察,找出角、函数名称、式子结构等方面的差异;

     ②本着“复角化单角”“异名化同名”“变换式子结构”“变量集中”等原则,设法消除差异,达到证明的目的. 9.化简问题中的“三变” (1)变角:三角变换时通常先寻找式子中各角之间的联系,通过拆、凑等手段消除角之间的差异,合理选择联系它们的公式. (2)变名:观察三角函数种类的差异,尽量统一函数的名称,如统一为弦或统一为切. (3)变式:观察式子的结构形式的差异,选择适当的变形途径,如升幂、降幂、配方、开方等. 10.三角恒等变换与三角函数图象性质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. 11.应用三角函数解实际问题的方法及注意事项 1方法:解答此类问题,关键是合理引入辅助角,确定各量之间的关系,将实际问题转化为三角函数问题,再利用三角函数的有关知识求解. 2注意:在求解过程中,要注意三点:①充分借助平面几何性质,寻找数量关系.②注意实际问题中变量的范围.③重视三角函数有界性的影响. 12.由 y=sin x 的图象,通过变换可得到函数 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象,其变化途径有两条:

     (1)y=sin x――――→相位变换y=sin(x+φ)――――→周期变换y=sin(ωx+φ) ――――→振幅变换y=Asin(ωx+φ). (2)y=sin x――――→周期变换y=sin ωx――――→相位变换y=sin ω x+ φω=sin(ωx+φ)――――→振幅变换y=Asin(ωx+φ). 13.确定函数 y=Asinωx+φ的解析式的关键是 φ 的确定,常用方法有:

     1代入法:把图象上的一个已知点代入 此时 A,ω 已知或代入图象与 x 轴的交点求解 此时要注意交点在上升区间上还是在下降区间上 . 2五点法:确定 φ 值时,往往以寻找“五点法”中的第一个零点 - φω ,0 作为突破口.“五点”的 ωx

     +φ 的值具体如下:,“第一点” 即图象上升时与 x 轴的交点 为 ωx+φ=0;,“第二点” 即图象的“峰点” 为 ωx+φ= π2 ;,“第三点”即图象下降时与 x 轴的交点 为 ωx+φ=π;,“第四点” 即图象的“谷点” 为 ωx+φ= 3π2;,“第五点”为 ωx+φ=2π. 14.正弦余弦型函数奇偶性的判断方法 正弦型函数 y=Asin(ωx+φ)和余弦型函数 y=Acos(ωx+φ)不一定具备奇偶性.对于函数 y=Asin(ωx+φ),当 φ=kπ(k∈Z)时为奇函数,当 φ=kπ± π2 (k∈Z)时为偶函数;对于函数 y=Acos(ωx+φ),当 φ=kπ(k∈Z)时为偶函数,当 φ=kπ± π2 (k∈Z)时为奇函数. 15.与正弦、余弦函数有关的单调区间的求解技巧 (1)结合正弦、余弦函数的图象,熟记它们的单调区间. (2)确定函数 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)单调区间的方法:采用“换元”法整体代换,将 ωx+φ 看作一个整体,可令“z=ωx+φ”,即通过求 y=Asin z 的单调区间而求出函数的单调区间.若 ω<0,则可利用诱导公式先将 x 的系数转变为正数,再求单调区间. 16.解三角函数应用问题的基本步骤

     三 三. 知识点贯通 知识点 1

      给角求值问题 公式:cos(α-β)=cos_αcos_β+sin_αsin_β cos(α+β)=cos_αcos_β-sin_αsin_β

     sin(α+β)=sin_αcos_β+cos_αsin_β sin(α-β)=sin_αcos_β-cos_αsin_β sin 2α=2sin_αcos_α cos 2α=cos 2 α-sin 2 α tan 2α=2tan α1-tan 2 α

     例 1.(1)cos 13π12的值为(

     ) A.6+ 24

      B.6- 24 C.2- 64

      D.-6+ 24] (2)求值:cos 75°cos 15°-sin 75°sin 195°; (1)【答案】D

     【解析】cos 13π12=cos π+π12=-cosπ12

     =-cos π4 -π6=-cos π4 cosπ6 -sinπ4 sinπ6 =-22×32-22×12 =-6+ 24. (2)【解析】cos 75°cos 15°-sin 75°sin 195°=cos 75°cos 15°-sin 75°sin(180°+15°) =cos 75°cos 15°+sin 75°sin 15°=cos(75°-15°)=cos 60°= 12 . (3)cos 70°sin 50°-cos 200°sin 40°的值为(

     ) A.-32

      B.- 12

     C.12

     D.32 (4)若 θ 是第二象限角且 sin θ=513 ,则 cos(θ+60°)=________. (5)求值:(tan 10°- 3) cos 10°sin 50°. (3)【答案】D

      【解析】(1)∵cos 200°=cos(180°+20°)=-cos 20°=-sin 70°,sin 40°=cos 50°,

     ∴原式=cos 70°sin 50°-(-sin 70°)cos 50°=sin(50°+70°)=sin 120°=32. (4)【答案】- 12+5 326 【解析】∵θ 是第二象限角且 sin θ=513 ,∴cos θ=-1-sin 2 θ=- 1213 , ∴cos(θ+60°)= 12 cos θ-32sin θ= 12 × - 1213-32× 513 =-12+5 326.] (5)【解析】

     原式=(tan 10°-tan 60°) cos 10°sin 50°= sin 10°cos 10°- sin 60°cos 60°cos 10°sin 50° =sin-50°cos 10°cos 60°·cos 10°sin 50°=-2. ( (6 )cos π7 cos3π7cos 5π7的值为(

     ) A. 14

     B.-14

     C.18

     D.-18

     (7)求下列各式的值:

     ①cos 4 15°-sin 4 15°;② 1-tan2 75°tan 75° (6)【答案】D

     【解析】∵cos 3π7=-cos 4π7,cos 5π7=-cos 2π7, ∴cos π7 cos3π7cos 5π7=cos π7 cos2π7cos 4π7=8sin π7 cosπ7 cos2π7cos 4π78sin π7= 4sin 2π7cos 2π7cos 4π78sin π7=2sin 4π7cos 4π78sin π7=sin 8π78sin π7=- 18 . (7)【解析】①cos 4 15°-sin 4 15°=(cos 2 15°-sin 2 15°)(cos 2 15°+sin 2 15°)=cos 2 15°-sin 2 15°=cos 30°=32. ② 1-tan2 75°tan 75°=2×1-tan 2 75°2tan 75° =2×1tan 150°=-2 3.

     知识点二

      给值求值、求角问题 公式:cos(α-β)=cos_αcos_β+sin_αsin_β cos(α+β)=cos_αcos_β-sin_αsin_β sin(α+β)=sin_αcos_β+cos_αsin_β sin(α-β)=sin_αcos_β-cos_αsin_β 题 例题 2 :(1)已知 sin α-sin β=1-32,cos α-cos β= 12 ,则 cos(α-β)=(

     ) A.-32

      B.- 12

     C.12

     D.32 (2)已知 sin π3 +α =1213 ,α∈ π6 ,2π3,求 cos α 的值. (1)【答案】D

     【解析】因为 sin α-sin β=1-32, 所以 sin 2 α-2sin αsin β+sin 2 β= 1-322 , ① 因为 cos α-cos β= 12 ,所以 cos2 α-2cos αcos β+cos 2 β=  122 , ② ①,②两式相加得 1-2cos(α-β)+1=1- 3+ 34 +14

     所以-2cos(α-β)=- 3

     所以 cos(α-β)=32. (2)【解析】∵α∈ π6 ,2π3,∴ π3 +α∈ π2 ,π , ∴cos π3 +α =-1-sin 2 π3 +α =-1- 12132 =- 513 . ∵α= π3 +α -π3 , cos α=cos π3 +α -π3=cos π3 +α cosπ3 +sin π3 +α sinπ3 =-513 ×12 +1213 ×32

     = 12 3-526. (3)已知 cos α=55,sin(α-β)=1010,且 α,β∈ 0, π2.求:①cos(2α-β)的值;②β 的值. (3)【解析】

     ①因为 α,β∈ 0, π2, 所以 α-β∈ - π2 ,π2,又 sin(α-β)=1010>0, 所以 0<α-β< π2 , 所以 sin α= 1-cos 2 α= 2 55, cos(α-β)= 1-sin 2 α-β= 3 1010, cos(2α-β)=cos[α+(α-β)]=cos αcos(α-β)-sin αsin(α-β) =55×3 1010- 2 55×1010=210 . ②cos β=cos[α-(α-β)]=cos αcos(α-β)+sin αsin(α-β) =55×3 1010+ 2 55×1010=22, 又因为 β∈ 0, π2,所以 β= π4 . (4)已知锐角 α,β 满足 cos α= 2 55,sin(α-β)=- 35 ,求 sin β 的值. 【解析】

     因为 α,β 是锐角,即 0<α< π2 ,0<β<π2 ,所以-π2 <α-β<π2 , 因为 sin(α-β)=- 35 <0,所以 cos(α-β)=45 , 因为 cos α= 2 55,所以 sin α=55, 所以 sin β=sin[α-(α-β)]=sin αcos(α-β)-cos αsin(α-β)=55×45 +2 55×35 =2 55.

     ( (5 )已知 cos α+ π4= 35 ,π2 ≤α<3π2,求 cos 2α+ π4的值;

     (5)【解析】∵ π2 ≤α<3π2,∴ 3π4≤α+ π4 <7π4. ∵cos α+ π4>0,∴ 3π2<α+ π4 <7π4, ∴sin α+ π4=- 1-cos 2 α+ π4=- 1- 352 =- 45 , ∴cos 2α=sin 2α+ π2=2sin α+ π4cos α+ π4=2×- 45×35 =-2425 , sin 2α=-cos 2α+ π2=1-2cos 2 α+ π4=1-2×352 = 725 , ∴cos 2α+ π4=22cos 2α-22sin 2α=22×- 2425-22× 725 =-31 250. 知识点三

     辅助角公式的应用 辅助角公式:asin x+bcos x= a 2 +b 2 sin(x+φ),其中 tan φ= ba 题 例题 3 .(1)sinπ12 - 3cosπ12 =________. (2)已知 f(x)= 3sin x-cos x,求函数 f(x)的周期,值域,单调递增区间. (1)【答案】- 2

     【解析】原式=2 12 sinπ12 -32cosπ12. 法一:(化正弦)原式=2 cos π3 sinπ12 -sinπ3 cosπ12 =2 sinπ12 cosπ3 -cosπ12 sinπ3=2sin π12 -π3=2sin - π4=- 2. 法二:(化余弦)原式=2 sin π6 sinπ12 -cosπ6 cosπ12 =-2 cos π6 cosπ12 -sinπ6 sinπ12=-2cos π6 +π12=-2cos π4 =- 2.] (2)【解析】

     f(x)= 3sin x-cos x=2 sin x·32-cos x·12=2 sin xcos π6 -cos xsinπ6

     =2sin x- π6, ∴T= 2πω =2π,值域[-2,2]. 由- π2 +2kπ≤x-π6 ≤π2 +2kπ,得递增区间 - π3 +2kπ,2π3+2kπ ,k∈Z. 知识点四

     两角和与差的正切公式的运用 两角和与差的正切公式 tan(α+β)=tan α+tan β1-tan αtan β

     tan(α-β)=tan α-tan β1+tan αtan β

     题 例题 4 .(1)已知 α,β 均为锐角,tan α= 12 ,tan β=13 ,则 α+β=________. (1)【答案】

     π4

     【解析】∵tan α= 12 ,tan β=13 , ∴tan(α+β)=tan α+tan β1-tan αtan β =12 +131- 12 ×13=1. ∵α,β 均为锐角,∴α+β∈(0,π),∴α+β= π4 .

     (2) 1+tan 15°1-tan 15°=________.

     (3) 1- 3tan 75°3+tan 75°=________. (2)【答案】

     3

      【解析】原式=tan 45°+tan 15°1-tan 45°tan 15°=tan(45°+15°)=tan 60°= 3. (3)【答案】-1 【解析】原式=33-tan 75°1+33tan 75°=tan 30°-tan 75°1+tan 30°tan 75°

     =tan(30°-75°)=-tan 45°=-1. 知识点五

     恒等变换与三角函数图象性质的综合 例 5.已知函数 f(x)= 3cos 2x- π3-2sin xcos x. (1)求 f(x)的最小正周期. (2)求证:当 x∈ - π4 ,π4时,f(x)≥- 12 . 【解析】(1)f(x)= 3cos 2x- π3-2sin xcos x=32cos 2x+ 32 sin 2x-sin 2x=12 sin 2x+32cos 2x=sin 2x+ π3,所以 T= 2π2=π. (2)证明:令 t=2x+ π3 ,因为-π4 ≤x≤π4 , 所以- π6 ≤2x+π3 ≤5π6, 因为 y=sin t 在 - π6 ,π2上单调递增,在 π2 ,5π6上单调递减, 所以 f(x)≥sin - π6=- 12 ,得证. 知识点六

      三角函数图象之间的变换 1. φ 对 y=sin(x+φ),x∈R 的图象的影响

     2.ω(ω>0)对 y=sin(ωx+φ)的图象的影响

     3.A(A>0)对 y=Asin(ωx+φ)的图象的影响

     例 6.(1)将函数 y= 2cos 2x+ π3的图象向左平移 π3 个单位长度,再向下平移 3 个单位长度,则所得图象的解析式为________. (2)将 y=sin x 的图象怎样变换可得到函数 y=2sin(2x+ π4 )+1 的图象? (1)【答案】y=- 2cos 2x-3

     【解析】y= 2cos 2x+ π3的图象向左平移 π3 个单位长度, 得 y= 2cos 2 x+ π3+ π3= 2cos(2x+π)=- 2cos 2x, 再向下平移 3 个单位长度得 y=- 2cos 2x-3 的图象.] (2)【解析】

     法一:(先伸缩法)①把 y=sin x 的图象上所有点的纵坐标伸长到原来的 2 倍,得到y=2sin x 的图象;②将所得图象上所有点的横坐标缩短到原来的 12 倍,得 y=2sin 2x 的图象;③将所得图象沿 x 轴向左平移 π8 个单位,得 y=2sin 2 x+ π8的图象; ④将所得图象沿 y 轴向上平移 1 个单位, 得 y=2sin 2x+ π4+1 的图象. 法二:(先平移法)①将 y=sin x 的图象沿 x 轴向左平移 π4 个单位,得 y=sin x+ π4的图象;②将所得图象上所有点的横坐标缩短到原来的 12 倍,得 y= sin 2x+ π4的图象;③把所得图象上所有点的纵坐标伸长到原来 2 倍,得到 y=2sin 2x+ π4的图象;④将所得图象沿 y 轴向上平移 1 个单位,得 y=2sin 2x+ π4+1 的图象. 知识点七

     已知函数图象求解析式 例 7.已知函数 f(x)=Acos(ωx+φ)+B A>0,ω>0,|φ|< π2的部分图象如图所示,则函数 f(x)的解析

     式为(

     )

     A.y=2cos x2 -π4+4

      B.y=2cos x2 +π4+4 C.y=4cos x2 -π4+2

      D.y=4cos x2 +π4+2 【答案】A

     【解析】由函数 f(x)的最大值和最小值得 A+B=6,-A+B=2,所以 A=2,B=4, 函数 f(x)的周期为 π2 - - π2×4=4π,又 ω>0, 所以 ω= 12 ,又因为点 π2 ,6 在函数 f(x)的图象上 所以 6=2cos 12 ×π2 +φ +4,所以 cos π4 +φ =1, 所以 π4 +φ=2kπ,k∈Z,所以 φ=2kπ-π4 ,k∈Z,又|φ|<π2

     所以 φ=- π4 ,所以 f(x)=2cos 12 x-π4+4. 知识点八

      三角函数图象与性质的综合应用 例 8

      (1)已知函数 f(x)=sin ωx+ π3(ω>0),若 f π6=f π3,且 f(x)在区间 π6 ,π3上有最小值,无最大值,则 ω=(

     ) A. 23

      B.143

     C. 263

     D. 383 (2)已知函数 f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0≤φ<π)是 R 上的偶函数,其图象关于点 M 3π4,0 对称,且在区间 0, π2上是单调函数,求 φ 和 ω 的值. (1)【答案】B

     【解析】因为 f π6=f π3,所以直线 x=π6 +π32= π4 是函数 f(x)图象的一条对称轴, 又因为 f(x)在区间 π6 ,π3上有最小值,无最大值, 所以当 x= π4 时,f(x)取得最小值. 所以 π4 ω+π3 =2kπ-π2 ,k∈Z,解得 ω=8k-103,(k∈Z) 又因为 T= 2πω ≥π3 -π6 =π6 ,所以 ω≤12,又因为 ω>0, 所以 k=1,即 ω=8- 103= 143.] (2)【解析】

     由 f(x)是偶函数,得 f(-x)=f(x),即函数 f(x)的图象关于 y 轴对称, ∴f(x)在 x=0 时取得最值,即 sin φ=1 或-1. 依题设 0≤φ<π,∴解得 φ= π2 . 由 f(x)的图象关于点 M 对称,可知 sin 3π4ω+ π2=0,即 3π4ω+ π2 =kπ,解得 ω=4k3- 23 ,k∈Z. 又 f(x)在 0, π2上是单调函数,所以 T≥π,即 2πω ≥π. ∴ω≤2,又 ω>0,∴k=1 时,ω= 23 ;k=2 时,ω=2. 故 φ= π2 ,ω=2 或23 . 知识点九

      三角函数模型的实际应用 例 9.已知某海滨浴场的海浪高度 y(米)是时间 t(时)的函数,其中 0≤t≤24,记 y=f(t),下表是某日各时的浪高数据:

     t 0 3 6 9 12 15 18 21 24

     y 1.5 1.0 0.5 1.0 1.5 1 0.5 0.99 1.5

     经长期观测,y=f(t)的图象可近似地看成是函数 y=Acos ωt+b 的图象. (1)根据以上数据,求其最小正周期,振幅及函数解析式; (2)根据规定,当海浪高度大于 1 米时才对冲浪爱好者开放,请依据(1)的结论,判断一天内的 8:00 到 20:00 之间,有多少时间可供冲浪者进行活动? 【解析】

     (1)由表中数据可知,T=12,∴ω= π6 .又 t=0 时,y=1.5,∴A+b=1.5;t=3 时,y=1.0,得 b=1.0,所以振幅为 12 ,函数解析式为 y=12 cosπ6 t+1(0≤t≤24). (2)∵y>1 时,才对冲浪爱好者开放,∴y= 12 cosπ6 t+1>1,cosπ6 t>0,2kπ-π2 <π6 t<2kπ+π2 ,即 12k-3<t<12k+3,(k∈Z).又 0≤t≤24,所以 0≤t<3 或 9<t<15 或 21<t≤24,所以在规定时间内只有6 个小时冲浪爱好者可以进行活动,即 9<t<15. 五 五 易错点分析 易错一

     给值求角 题 例题 10. 已知 α,β 均为锐角,sin α=55,cos β=1010,求 α-β. 【解析】

     ∵α,β 均为锐角,sin α=55,cos β=1010, ∴sin β= 3 1010,cos α= 2 55. ∵sin α<sin β,∴α<β,∴- π2 <α-β<0, ∴sin(α-β)=sin αcos β-cos αsin β=55×1010- 2 55×3 1010=-22, ∴α-β=- π4 .

     误区警示 根据已知三角函数值求角,应根据已知角或三角函数值的大小,缩小角的范围,选择合适的三角函

     数名求值。

     易错二

      三角函数图像平移 题 例题 11. 要得到 y=cos  2x- π4的图象,只要将 y=sin 2x 的图象(

     ) A.向左平移 π8 个单位 B.向右平移 π8 个单位 C.向左平移 π4 个单位 D.向右平移 π4 个单位 【答案】A

     【解析】因为 y=cos  2x- π4=sin  2x- π4+ π2=sin  2x+ π4=sin 2  x+ π8, 所以将 y=sin 2x 的图象向左平移 π8 个单位, 得到 y=cos  2x- π4的图象.

     错误区警示 三角函数图象的平移,应先化为同名三角函数,左右平移,左加右减,应该是相对 x 本身加减。

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