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三角函數(shù)應(yīng)用題既能考查解三角形的知識(shí)與方法,又能考查運(yùn)用三角公式進(jìn)行恒等變形的技能,因而備受命題者的青睞,常常以解答題的形式出現(xiàn),難度中等.
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解三角函數(shù)應(yīng)用問(wèn)題有下列幾個(gè)基本步驟:第一步,閱讀理解,審清題意;第二步,搜集、整理數(shù)據(jù),通常是引入角作為參變量,建立數(shù)學(xué)模型;第三步,利用所學(xué)三角函數(shù)知識(shí)對(duì)得到的三角函數(shù)模型予以解答,求出結(jié)果;第四步,將所得結(jié)論轉(zhuǎn)譯成實(shí)際問(wèn)題的答案.
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■ 如圖1,某市擬在長(zhǎng)為8千米的道路OP的一側(cè)修建一條運(yùn)動(dòng)賽道,賽道的前一部分為曲線段OSM,該曲線段為函數(shù)y=Asinωx(A>0,ω>0,x∈[0,4])的圖象,且圖象的最高點(diǎn)為S(3,2■);賽道的后一部分為折線段MNP,為保證參賽運(yùn)動(dòng)員的安全,限定∠MNP=120°.
(1)求A,ω的值和M,P兩點(diǎn)間的距離;
(2)應(yīng)如何設(shè)計(jì),才能使折線段賽道MNP最長(zhǎng)?
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圖1
破解思路 (1)由圖即可得到A及周期,利用三角函數(shù)的周期公式求出ω,將M的橫坐標(biāo)代入求出M的坐標(biāo),利用兩點(diǎn)距離公式求出MP.(2)思路一:利用三角形的正弦定理求出NP, MN,求出折線段賽道MNP的長(zhǎng),化簡(jiǎn)三角函數(shù),利用三角函數(shù)的有界性求出最大值;思路二:利用余弦定理求出MN,NP的數(shù)量關(guān)系式,然后運(yùn)用基本不等式求出最大值.
經(jīng)典答案 (1)依題意,有A=2■,■=3,又T=■,所以ω=■. 所以y=2■sin■x,當(dāng)x=4時(shí),y=2■sin■=3,所以M(4,3). 又因?yàn)镻(8,0),所以MP=■=5.
(2)法1:由已知,在MNP中,∠MNP=120°,MP=5,設(shè)∠PMN=θ,則0°
法2:由已知,在MNP中,∠MNP=120°,MP=5,由余弦定理得MN2+NP2-2MN?NPcos∠MNP=MP2,即MN2+NP2+MN?NP=25,故(MN+NP)2-25=MN?NP≤■■,從而■(MN+NP)2≤25,即MN+NP≤■,當(dāng)且僅當(dāng)MN=NP時(shí),折線段賽道MNP最長(zhǎng).
■ 某興趣小組測(cè)量電視塔AE的高度H(單位:m),如示意圖2所示,垂直放置的標(biāo)桿BC的高度h=4 m,仰角∠ABE=α,∠ADE=β.
(1)該小組已經(jīng)測(cè)得一組α,β的值,tanα=1.24,tanβ=1.20,請(qǐng)據(jù)此算出H的值;
(2)該小組分析若干測(cè)得的數(shù)據(jù)后,認(rèn)為適當(dāng)調(diào)整標(biāo)桿到電視塔的距離d(單位:m),使α與β之差較大,可以提高測(cè)量精確度. 若電視塔的實(shí)際高度為125 m,試問(wèn)d為多少時(shí),α-β最大.
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圖2
破解思路 解決本題的關(guān)鍵是尋找等量關(guān)系. 第(1)問(wèn)是利用直角三角形的三角函數(shù)及線段關(guān)系A(chǔ)D-BD=AB,轉(zhuǎn)化為已知角和h,H的等式,然后求解. 第(2)問(wèn)關(guān)鍵是利用兩角差的正切公式建立tan(α-β)關(guān)于d的函數(shù)模型,再利用平均值定理及正切函數(shù)的單調(diào)性求最值,最后得出d的值.
經(jīng)典答案 (1)■=tanβ?圯AD=■,同理:AB=■,BD=■. 由AD-AB=DB得■-■=■,解得H=■=■=124. 因此,算出的電視塔的高度H是124 m.
(2)由題設(shè)可知d=AB,得tanα=■,tanβ=■=■=■,所以tan(α-β)=■=■=■=■. 又d+■≥2■(當(dāng)且僅當(dāng)d=■=■=55■時(shí),取等號(hào)),故當(dāng)d=55■時(shí),tan(α-β)最大. 因?yàn)?
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如圖3,開發(fā)商欲對(duì)邊長(zhǎng)為1 km的正方形ABCD地段進(jìn)行市場(chǎng)開發(fā),擬在該地段的一角建設(shè)一個(gè)景觀,需要建一條道路EF(點(diǎn)E,F(xiàn)分別在BC,CD上),根據(jù)規(guī)劃要求ECF的周長(zhǎng)為2 km.
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圖3
考點(diǎn)一、任意角和弧度制及任意角的三角函數(shù)【考點(diǎn)解讀】 三角函數(shù)的概念在高考中單獨(dú)命題較少,但幾乎所有三角函數(shù)試題都離不開這部分內(nèi)容,同時(shí)該內(nèi)容也是研究三角函數(shù)的性質(zhì),解決三角問(wèn)題的基礎(chǔ).理解任意角、終邊相同的角及弧度制等概念,能夠根據(jù)條件利用三角函數(shù)的定義求某些三角函數(shù).在解三角不等式時(shí),數(shù)形結(jié)合利用單位圓及三角函數(shù)線是一個(gè)小技巧.
例1已知一扇形的圓心角是α,半徑為R,弧長(zhǎng)為l.
(1)若α=60°,R=30cm,求扇形的弧長(zhǎng)l及該弧所在的弓形面積.
(2)若扇形周長(zhǎng)為20cm,當(dāng)扇形的圓心角α為多少弧度時(shí),這個(gè)扇形的面積最大?
(3)若將該扇形的圓心放在坐標(biāo)原點(diǎn),使角α的始邊與x軸重合,已知角α的終邊上一點(diǎn)P的坐標(biāo)為(-3,y)(y≠0)且sinα=214y,求cosα,tanα.
(4)若α=60°,求θ,使θ與α的終邊相同,且-720°≤θ
【思路點(diǎn)撥】 (1)可直接使用弧長(zhǎng)公式計(jì)算,但注意在弧度制下角需用弧度制.(2)可用弧長(zhǎng)或半徑來(lái)表達(dá)出扇形的面積,弓形面積由扇形面積與三角形面積的差組成,然后確定其最大值.(3)利用三角函數(shù)的定義求解,注意對(duì)y的討論.(4)利用終邊相同的角的集合S={β|β=α+2kπ,k∈Z}.
【解析】 (1)α=60°=π13rad,R=30,l=|α|·R=π13×30=10πcm.
S弓=S扇-S三角形=112×10π×30-112×302×sinπ13=150π-2253(cm)2.
(2)由題意得l+2R=20,l=20-2R(0
S扇=112lR=112×(20-2R)×R=(10-R)·R=-R2+10R.
當(dāng)且僅當(dāng)R=5時(shí),S有最大值25(cm)2.
此時(shí)l=20-2×5=10,α=l1R=1015=2rad.
當(dāng)α=2rad時(shí),扇形面積取最大值.
(3)r2=x2+y2=y2+3,由sinα=y1r=y1y2+3=214y,所以y=±5.
所以當(dāng)y=5時(shí),cosα=x1r=-614,tanα=y1x=-1513,
當(dāng)y=-5時(shí),cosα=-614,tanα=1513.
(4)令θ=60°+k·360°(k∈Z).取k=-1,-2就得到適合-720°≤θ
60°+(-1)×360°=-300°,60°+(-2)×360°=-660°.
【歸納總結(jié)】 扇形的面積與弧長(zhǎng)的計(jì)算在幾何中應(yīng)用較多,都可以用角度制與弧度制兩種方式給出,應(yīng)注意角度制與弧度制不能混用.合理利用圓心角所在的三角形,合理選擇參數(shù),運(yùn)用函數(shù)思想、轉(zhuǎn)化思想,解決扇形中的有關(guān)最值問(wèn)題.利用定義法求三角函數(shù)值需要已知或設(shè)角α終邊上一異于原點(diǎn)的點(diǎn)P的坐標(biāo),則可先求出點(diǎn)P到原點(diǎn)的距離r,然后用三角函數(shù)的定義求解.利用終邊相同的角的集合可以求適合某些條件的角,方法是先寫出與這個(gè)角的終邊相同的所有角的集合,然后通過(guò)對(duì)集合中的參數(shù)k賦值來(lái)求得所需角.
【變式訓(xùn)練1】
(1)已知角α的終邊在直線y=-3x上,則10sinα+3×11cosα=.
(2)不借助計(jì)算器的情況下,證明:sin20°
考點(diǎn)二、三角函數(shù)的同角公式及誘導(dǎo)公式
【考點(diǎn)解讀】 求值題主要考查同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式、誘導(dǎo)公式的應(yīng)用,利用三角公式進(jìn)行恒等變形的技能.題型多為選擇題或填空題.六組誘導(dǎo)公式可統(tǒng)一記為“奇變偶不變,符號(hào)看象限”.利用誘導(dǎo)公式進(jìn)行化簡(jiǎn)求值時(shí),先利用公式化任意角三角函數(shù)為銳角三角函數(shù),其原則:負(fù)化正、大化小、化到銳角為終了.切弦互化的技巧必須靈活掌握.
例2(1)設(shè)θ為第二象限的角,若tan(θ+π14)=112,則sinθ+cosθ=.
(2)是否存在α∈(-π12,π12),β∈(0,π),使等式sin(3π-α)=2cos(π12-β),3cos(-α)=-2cos(π+β)同時(shí)成立?若存在,求出α,β的值;若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
【思路點(diǎn)撥】 (1)利用兩角和的正切公式,求出tanθ,然后切化弦,再聯(lián)想平方關(guān)系式,解題突破口就是求解關(guān)于“sinθ,cosθ”的方程組.(2)要想求出α,β的值,必須知道α,β的某一個(gè)三角函數(shù)值,解決本題的關(guān)鍵是由兩個(gè)等式,消去α或β得出關(guān)于β或α的同名三角函數(shù)值.
【解析】 (1)tan(θ+π14)=112,tanθ=-113,
即3sinθ=-cosθ
sin2θ+cos2θ=1,解得sinθ=10110,cosθ=-310110.
sinθ+cosθ=-1015.【答案】 -1015.
(2)假設(shè)存在α,β使得等式成立,即有
sin(3π-α)=2cos(π12-β)1①
3cos(-α)=-2cos(π+β)1②
由誘導(dǎo)公式得sinα=2sinβ1③
3cosα=2cosβ1④
③2+④2得
sin2α+3cos2α=2,cos2α=112,
又α∈(-π12,π12),α=π14或α=-π14,
將α=π14代入④得cosβ=312.又β∈(0,π),β=π16代入③可知符合.
將α=-π14代入④得cosβ=312.又β∈(0,π),β=π16代入③可知不符合.
綜上可知,存在α=π14,β=π16滿足條件.
【歸納總結(jié)】 (1)對(duì)于sinθ+cosθ,sinθcosθ,sinθ-cosθ這三個(gè)式子,已知其中一個(gè)式子的值,其余二式的值可求.轉(zhuǎn)化的公式為(sinθ±cosθ)2=1±2sinθcosθ;(2)關(guān)于sinθ,cosθ的齊次式,往往化為關(guān)于tanθ的式子.已知角α的三角函數(shù)值求角α的一般步驟是:①由三角函數(shù)值的符號(hào)確定角α所在的象限;②據(jù)角α所在的象限求出角α的最小正角;③最后利用終邊相同的角寫出角α的一般表達(dá)式.
【變式訓(xùn)練2】
若f(α)=sin[α+(2n+1)π]+2sin[α-(2n+1)π]1sin(α-2nπ)cos(2nπ-α)(n∈Z),求f(19π16).
考點(diǎn)三、三角函數(shù)的圖象和性質(zhì)
【考點(diǎn)解讀】 能畫出y=sinx,y=cosx,y=tanx的圖象,理解這三種函數(shù)的性質(zhì)(如周期性、單調(diào)性、奇偶性、最大值和最小值、對(duì)稱中心和對(duì)稱軸等),函數(shù)的單調(diào)性是相對(duì)于某一區(qū)間而言的,研究其單調(diào)性必須在定義域內(nèi)進(jìn)行.
例3(1)求函數(shù)y=lg(2sinx-1)+-tanx-11cos(x12+π18)的定義域;
(2)求y=3tan(π16-x14)的周期及單調(diào)區(qū)間;
(3)求函數(shù)y=3cosx-3sinx的值域.
【思路點(diǎn)撥】 (1)求三角函數(shù)的定義域?qū)嶋H上是解簡(jiǎn)單的三角不等式(組),常借助三角函數(shù)線或三角函數(shù)圖象來(lái)求解.(2)先化為:y=-3tan(x14-π16),再求單調(diào)區(qū)間.(3)先將原函數(shù)式進(jìn)行等價(jià)變形,利用|cosx|≤1,|sinx|≤1,但要注意自變量的取值變化.
【解析】 (1)要使函數(shù)有意義,則
2sinx-1>0
-tanx-1≥0
cos(x12+π18)≠0sinx>112
tanx≤-1
x12+π18≠kπ+π12(k∈Z),
如圖利用單位圓得:
2kπ+π16
kπ+π12
x≠2kπ+3π14(k∈Z),
函數(shù)的定義域?yàn)椋簕x|2kπ+π12
(2)y=3tan(π16-x14)=-3tan(x14-π16),
T=π1|ω|=4π,y=3tan(π16-x14)的周期為4π.
由kπ-π12
3tan(x14-π16)在(4kπ-4π13,4kπ+8π13)(k∈Z)內(nèi)單調(diào)遞增,
y=3tan(π16-x14)在(4kπ-4π13,4kπ+8π13)(k∈Z)內(nèi)單調(diào)遞減.
(3)y=3cosx-3sinx=23(312cosx-112sinx)=23cos(x+π16),
|cos(x+π16)|≤1,該函數(shù)值域?yàn)閇-23,23].
【歸納總結(jié)】 (1)求三角函數(shù)的定義域,既要注意一般函數(shù)定義域的規(guī)律,又要注意三角函數(shù)的特性,如題中出現(xiàn)tanx,則一定有x≠kπ+π12,k∈Z.求三角函數(shù)的定義域通常使用三角函數(shù)線、三角函數(shù)圖象和數(shù)軸.(2)對(duì)于y=Atan(ωx+φ)(A,ω,φ為常數(shù)),其周期T=π1|ω|,單調(diào)區(qū)間利用ωx+φ∈(kπ-π12,kπ+π12)(k∈Z),解出x的取值范圍,即為其單調(diào)區(qū)間.(3)將原函數(shù)式化為一角一名的形式,如y=Asin(ωx+φ)+B,y=Acos(ωx+φ)+B或化為關(guān)于sinx(或cosx)的二次函數(shù)式,切忌忽視函數(shù)的定義域.
【變式訓(xùn)練3】
已知函數(shù)f(x)=cos(π13+x)cos(π13-x)-sinxcosx+114,
(1)求函數(shù)f(x)的最小正周期和最大值;
(2)求函數(shù)f(x)單調(diào)遞增區(qū)間.
考點(diǎn)四、函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象及三角函數(shù)模型的簡(jiǎn)單應(yīng)用【考點(diǎn)解讀】 該考點(diǎn)是高考的必考點(diǎn).理解函數(shù)y=Asin(ωx+φ)中A,ω,φ的意義及其對(duì)函數(shù)圖象變化的影響.能根據(jù)所給三角函數(shù)的圖象和性質(zhì)確定其中的參數(shù),并能由一個(gè)三角函數(shù)的圖象通過(guò)平移變換、伸縮變換、振幅變換和對(duì)稱變換得到另一個(gè)三角函數(shù)的圖象.利用三角函數(shù)的解析式可研究三角函數(shù)的性質(zhì)和圖象.會(huì)用三角函數(shù)解決一些簡(jiǎn)單實(shí)際的問(wèn)題.
例4已知函數(shù)f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0
(1)求函數(shù)f(x)與g(x)的解析式;
(2)是否存在x0∈(π16,π14),使得f(x0),g(x0),f(x0)g(x0)按照某種順序成等差數(shù)列?若存在,請(qǐng)確定x0的個(gè)數(shù);若不存在,說(shuō)明理由.
【思路點(diǎn)撥】 (1)根據(jù)題目給出的周期和對(duì)稱中心求得函數(shù)f(x)的解析式,利用函數(shù)圖象的平移和伸縮的變換規(guī)律逐步得到g(x);(2)將等差數(shù)列問(wèn)題轉(zhuǎn)化為方程在指定區(qū)間內(nèi)是否有解的問(wèn)題,再構(gòu)造函數(shù),利用函數(shù)的單調(diào)性確定零點(diǎn)的個(gè)數(shù).
【解析】 (1)由函數(shù)f(x)=sin(ωx+φ)的周期為π,ω>0,得ω=2,
又曲線y=f(x)的一個(gè)對(duì)稱中心為(π14,0),φ∈(0,π),
故f(π14)=sin(2×π14+φ)=0,得φ=π12,所以f(x)=cos2x.
將函數(shù)f(x)圖象上所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)伸長(zhǎng)到原來(lái)的2倍(縱坐標(biāo)不變)后可得y=cosx的圖象,再將y=cosx的圖象向右平移π12個(gè)單位長(zhǎng)度后得到函數(shù)g(x)=sinx.
(2)當(dāng)x∈(π16,π14)時(shí),112
所以sinx>cos2x>sinxcos2x,
問(wèn)題轉(zhuǎn)化為方程2cos2x=sinx+sinxcos2x在(π16,π14)內(nèi)是否有解.
設(shè)G(x)=sinx+sinxcos2x-2cos2x,x∈(π16,π14),
則G′(x)=cosx+cosxcos2x+2sin2x(2-sinx).
因?yàn)閤∈(π16,π14),所以G′(x)>0,G(x)在(π16,π14)內(nèi)單調(diào)遞增,
又G(π16)=-1140,
且函數(shù)G(x)的圖象連續(xù)不斷,故可知函數(shù)G(x)在(π16,π14)內(nèi)存在唯一零點(diǎn)x0,
即存在唯一的x0∈(π16,π14)滿足題意.
【歸納總結(jié)】 探討三角函數(shù)的性質(zhì),難點(diǎn)在于三角函數(shù)解析式的化簡(jiǎn)與整理,熟練掌握三角恒等變換的有關(guān)公式,靈活運(yùn)用角之間的關(guān)系對(duì)角進(jìn)行變換,將解析式轉(zhuǎn)化為一角一函數(shù)的形式,然后通過(guò)換元法求解有關(guān)性質(zhì)即可.根據(jù)y=Asin(ωx+φ)+k的圖象求其解析式的問(wèn)題,主要從A、k、ω及φ等四個(gè)方面來(lái)考慮.
【變式訓(xùn)練4】
(1)函數(shù)y=2sin(ωx+φ)在一個(gè)周期內(nèi)的圖象如圖所示,則此函數(shù)的解析式可能是.
(2)如圖,正五邊形ABCDE的邊長(zhǎng)為2,甲同學(xué)在圖中用余弦定理解得AC=8-8cos108°,乙同學(xué)在RtACH中解得AC=11cos72°,據(jù)此可得cos72°的值所在區(qū)間為.
考點(diǎn)五、兩角和與差的正弦、余弦、正切公式、二倍角公式及簡(jiǎn)單的三角恒等變換【考點(diǎn)解讀】 該考點(diǎn)是高考的必考點(diǎn).研究不同三角函數(shù)值之間的關(guān)系時(shí),常以角為切入點(diǎn),并以此為依據(jù)進(jìn)行公式的選擇,同時(shí)還要關(guān)注式子的結(jié)構(gòu)特征,通過(guò)對(duì)式子進(jìn)行恒等變形,使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化.在進(jìn)行三角運(yùn)算時(shí)必知的幾個(gè)技巧:“1”的代換,正切化弦,異角化同角,異次化同次,變角,變名,變結(jié)構(gòu)等化簡(jiǎn)技巧.
例5已知函數(shù)f(x)=2cos(x-π112),x∈R.
(1)求f(-π16)的值;
(2)若cosθ=315,θ∈(3π12,2π),求f(2θ+π13).
【思路點(diǎn)撥】 (1)直接代入,根據(jù)誘導(dǎo)公式和特殊角的三角函數(shù)值得出結(jié)果;(2)先求出sinθ,利用倍角公式得出sin2θ,cos2θ的值,使用三角變換公式求解.
【解析】 (1)f(-π16)=2cos(-π16-π112)
=2cos(-π14)=2cosπ14=1;
(2)f(2θ+π13)=2cos(2θ+π13-π112)
=2cos(2θ+π14)=cos2θ-sin2θ,
因?yàn)閏osθ=315,θ∈(3π12,2π),所以sinθ=-415,所以sin2θ=2sinθcosθ=-24125,cos2θ=cos2θ-sin2θ=-7125,所以f(2θ+π13)=cos2θ-sin2θ=-7125-(-24125)=17125.
【歸納總結(jié)】 三角函數(shù)式的化簡(jiǎn)要遵循“三看”原則:(1)一看“角”,通過(guò)看角之間的差別與聯(lián)系,把角進(jìn)行合理的拆分,從而正確使用公式;(2)二看“函數(shù)名稱”,看函數(shù)名稱之間的差異,從而確定使用的公式;(3)三看“結(jié)構(gòu)特征”,分析結(jié)構(gòu)特征,找到變形的方向.公式的逆用,變形十分重要,常通過(guò)三角變換消去或約去一些非特殊角的三角函數(shù).
【變式訓(xùn)練5】
31cos10°-11sin170°=.
【變式訓(xùn)練答案】
1.解析:(1)設(shè)α終邊上任一點(diǎn)為P(k,-3k).則r=x2+y2=k2+(-3k)2=10|k|.
當(dāng)k>0時(shí),r=10k,sinα=-3k110k=-3110,11cosα=10k1k=10.
10sinα+3×11cosα=-310+310=0.
當(dāng)k
浙江省數(shù)學(xué)特級(jí)教師,嘉興市數(shù)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng).
推薦名言
一切自然科學(xué),都是研究函數(shù).
――H. H. 魯金 (蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家,現(xiàn)代實(shí)變函數(shù)論的開創(chuàng)者之一)
三角函數(shù)內(nèi)容豐富,主要包括定義,圖象與性質(zhì)(單調(diào)性、奇偶性、周期性、對(duì)稱性),三角恒等變換,正余弦定理等.自主招生考試對(duì)三角函數(shù)的考查要求相對(duì)較高,除了高考要求的基本知識(shí)點(diǎn)與公式之外,還會(huì)考查一些拓展公式和結(jié)論. 現(xiàn)列舉如下:
萬(wàn)能公式:sinα=■,cosα=■,tanα=■.
和差化積公式:sinα+sinβ=2sin■cos■,sinα-sinβ=2cos■?sin■,cosα+cosβ=2cos■cos■,cosα-cosβ=-2sin■sin■.
積化和差公式:sinαcosβ=■[sin(α+β)+sin(α-β)],cosαsinβ=■[sin(α+β)-sin(α-β)],sinαsinβ=-■[cos(α+β)-cos(α-β)],cosαcosβ=■[cos(α+β)+cos(α-β)].
三倍角公式:sin3α=3sinα-4sin3α,cos3α=4cos3α-3cosα,sin■-αsinαsin■+α=■sin3α,cos■-αcosαcos■+α=■cos3α,tan■-αtanαtan■+α=tan3α.
兩個(gè)有用的三角不等式:若α是銳角,則sinα+cosα>1,sinα
三角形中的一些基本恒等式:在ABC中,cos(B+C)=-cosA;若ABC不是直角三角形,則tanA+tanB+tanC=tanA?tanB?tanC.
在自主招生考試中,三角函數(shù)問(wèn)題主要有三類:研究三角函數(shù)的圖象與性質(zhì)、三角恒等變換、三角形中的三角函數(shù)問(wèn)題.
一、 研究三角函數(shù)的圖象與性質(zhì)
例1 (2007年上海交通大學(xué)自主招生考試第12題) 設(shè)函數(shù)f(x)=sinx+cosx,試討論f(x)的性質(zhì)(有界性、奇偶性、單調(diào)性和周期性),求出其極值,并作出其在[0,2π]內(nèi)的圖象.
解析:三角函數(shù)的重要特點(diǎn)之一是周期性. 一般而言,在討論三角函數(shù)的性質(zhì)時(shí),我們常常先把含有正弦、余弦等不同三角函數(shù)的式子轉(zhuǎn)化為關(guān)于一個(gè)角的一種三角函數(shù)式,求出函數(shù)的周期.只要討論該函數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)的性質(zhì),就能判斷函數(shù)在整個(gè)定義域上的性質(zhì). 但例1中的函數(shù)解析式比較簡(jiǎn)單,我們可以先求出函數(shù)的周期,再對(duì)函數(shù)解析式進(jìn)行轉(zhuǎn)化.
由f(-x)=f(x)得:f(x)是偶函數(shù),其圖象關(guān)于y軸對(duì)稱.又由f■-x=f(x)可知,函數(shù)圖象關(guān)于x=■對(duì)稱. 我們還發(fā)現(xiàn), f■+x=f(x), f(x)的最小正周期為T=■.由此,我們可以討論函數(shù)f(x)=sinx+cosx在一個(gè)周期0,■內(nèi)的單調(diào)性和最值,再推出一般性結(jié)論.
當(dāng)x∈0,■時(shí), f(x)=sinx+cosx=■sinx+■. 當(dāng)x∈0,■時(shí), f(x)單調(diào)遞增;當(dāng)x∈■,■時(shí), f(x)單調(diào)遞減. 對(duì) f(x)=sinx+cosx而言,當(dāng)x∈■,■+■(k∈Z)時(shí),函數(shù)f(x)單調(diào)遞增;當(dāng)x∈■+■,■+■(k∈Z)時(shí), f(x)單調(diào)遞減.當(dāng)x=■(k∈Z)時(shí), f(x)min=1;當(dāng)x=■+■(k∈Z)時(shí),f(x)max=■. 函數(shù)f(x)在[0,2π]內(nèi)的圖象如圖1所示.
當(dāng)然,在解答例1時(shí),我們也可以先畫出函數(shù)圖象,再根據(jù)圖象討論函數(shù)性質(zhì)――這也是解決三角函數(shù)問(wèn)題的一種有效方法.
二、 三角恒等變換
例2 (2010年清華大學(xué)自主招生考試第1題) 求sin410°+sin450°+sin470°的值.
解析:解答例2時(shí),不僅要熟練掌握三角函數(shù)的相關(guān)公式,還要熟悉三角函數(shù)恒等變換的處理方法,如降冪、和差化積、積化和差等.我們先用降冪公式把所求解析式中的四次方轉(zhuǎn)化為二次方,再進(jìn)行化簡(jiǎn):sin410°+sin450°+sin470°=■2+■2+ ■2=■[3-2(cos20°+cos100°+cos140°)+(cos220°+cos2100°+cos2140°)].
其中, cos20°+cos100°+cos140°=2cos■cos■+cos140°=2cos60°cos(-40°)-cos40°=cos(-40°)-cos40°=0;
cos220°+cos2100°+cos2140°=■+■+
■=■[3+(cos40°+cos200°+cos280°)].
又cos40°+cos200°+cos280°=2cos■cos■+cos280°=2cos120°cos(-80°)+cos280°=-cos(-80°)+cos(-80°)=0, cos220°+cos2100°+cos2140°=■.
sin410°+sin450°+sin470°=■[3-2×0+■]=■.
例2的結(jié)論可以推廣成:sin4α+sin4α+■+sin4α+■=■. 利用例2的求證方法,我們還可以證得sinα+sinα+■+sinα+■=0, sin2α+sin2α+■+sin2α+■=■. 有興趣的同學(xué)可以一試
三、 三角形中的三角函數(shù)問(wèn)題
例3 (2011年“華約”自主招生考試第11題) A,B,C為ABC的內(nèi)角,且ABC不是直角三角形.
1) 求證:tanA+tanB+tanC=tanA?tanB?tanC ;
(2) 若■tanC-1=■,且sin2A,sin2B,sin2C的倒數(shù)成等差數(shù)列,求cos■的值.
解析:要解決例3,既要熟悉三角恒等變換的處理方法,又要充分利用三角形內(nèi)角和為180°這一條件.
(1) A+B+C=π, tan(A+B)=tan(π-C)=-tanC (①). 又tan(A+B)=■,代入①式可得tanA+tanB+tanC=tanA?tanB?tanC.
(2) 將(1)的結(jié)論代入■tanC-1=■,得(■tanC-1)tanA=tanA?tanB?tanC-tanA,解得tanB=■. B∈(0,π), B=■.又■+■=■, 即■=■=■=■,將A+C=■代入,得:3cos(A-C)=1+2cos(2A-2C)=cos2(A-C)-1,解得cos(A-C)=1或cos(A-C)=
-■. A+C=■π, ■∈-■,■,cos■∈■,1.由半角公式求得 cos■=1或cos■= ■.
例4 (2011年“北約”自主招生考試第4題) ABC的三邊滿足a+b≥2c,求證:C≤60°.
解析:正余弦定理是解決三角形邊角關(guān)系問(wèn)題的媒介. 運(yùn)用正余弦定理時(shí),一般有兩種方法:一是把邊的關(guān)系轉(zhuǎn)化為角的關(guān)系,使之成為三角函數(shù)問(wèn)題;二是把角的關(guān)系轉(zhuǎn)化為邊的關(guān)系,使之成為代數(shù)問(wèn)題.
解法一(化邊為角):由a+b≥2c及正弦定理得:sinA+sinB≥2sinC,和差化積得2sin■?cos■=2cos■cos■≥2sinC=2?2sin■?cos■. C∈(0,π), cos■>0, cos■≥2sin■,而cos■≤1, sin■≤■.由0<■<■可得C≤60°.
解法二(化角為邊):由a+b≥2c及余弦定理,可得cosC=■≥■=■-■≥■-■=■. C∈(0,π), C≤60°.
KEY to Killing One Owl Species to Save Another:
They mean shooting the barred owls.
KEY to It’s Your Choice That Makes It:
(1) C
(2) Because he/she wants to make his/her argument more persuasive.
看到這里,相信同學(xué)們對(duì)自主招生考試中三角函數(shù)知識(shí)的考查方式大致有數(shù)了. 其實(shí)三角函數(shù)題的難度并不大,但它涉及了大量的公式,需要同學(xué)們熟練掌握、靈活轉(zhuǎn)化.正所謂“熟能生巧”,同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)還需要適當(dāng)?shù)木毩?xí).
三角測(cè)量在我國(guó)出現(xiàn)得很早.據(jù)《史記?夏本記》記載,早在公元前2000年,大禹就利用三角形的邊角關(guān)系,來(lái)進(jìn)行對(duì)山川地勢(shì)的測(cè)量.《周髀算經(jīng)》講得更詳細(xì).后來(lái)《九章算術(shù)》勾股章,專列了八個(gè)測(cè)量問(wèn)題,詳細(xì)介紹了利用直角三角形的相似原理,進(jìn)行測(cè)量的方法.后來(lái)的《海島算經(jīng)》等都是進(jìn)行三角測(cè)量的記載史料.可見(jiàn)我國(guó)對(duì)三角學(xué)研究開始得很早.
在三角學(xué)的基本函數(shù)中,最早開始獨(dú)立研究的是正弦函數(shù).正弦概念的形成是從造弦表開始的.公元前2世紀(jì)古希臘天文學(xué)家希帕克為了天文觀察的需要,著手造表工作.這些成果是從托勒密的遺著《天文集》中得到的.托勒密第一個(gè)采用了巴比倫人的60進(jìn)位制,把圓周分為360等份,但他并沒(méi)給出“度”“分”“秒”的名詞,而是用“第一小分”“第二小分”等字樣進(jìn)行描述.在1570年曲卡拉木起用了“°”的符號(hào)來(lái)表示“度”,以及“分”“秒”等名稱.書中又給出了“托勒密定理”來(lái)推算弦、弧及圓心角的關(guān)系及公式.
第一張正弦表由印度的數(shù)學(xué)家阿耶波多(約476-550年)造出來(lái)的.雖然他直接接觸了正弦,但他并沒(méi)有給出名稱.他稱連接圓弧兩端的直線為“弓弦”,后來(lái)印度著作被譯成阿拉伯文.12世紀(jì),當(dāng)阿拉伯文被譯成拉丁文時(shí),這個(gè)字被譯成sinus,這就是“正弦”這一術(shù)語(yǔ)的來(lái)歷.1631年鄧玉函與湯若望等人編《大測(cè)》一書,將sinus譯成“正半弦”,簡(jiǎn)稱為正弦,這是我國(guó)“正弦”這一術(shù)語(yǔ)的由來(lái).
早期人們把與已知角α相加成90°角的正弦,叫做α 的附加正弦,它的拉丁文簡(jiǎn)寫為sinusco或cosinus,后來(lái)便縮寫成cos.
【授課年級(jí)】高一年級(jí)
【教學(xué)目標(biāo)】
知識(shí)目標(biāo):使學(xué)生在理解任意角三角函數(shù)定義和銳角三角函數(shù)的基本關(guān)系式的基礎(chǔ)上,能夠類推――發(fā)現(xiàn)――猜想――推導(dǎo)同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式,并能夠靈活運(yùn)用同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式解決三角函數(shù)中已知一個(gè)角的某一三角函數(shù)值求其余三角函數(shù)值的問(wèn)題。
能力目標(biāo):?jiǎn)l(fā)學(xué)生主動(dòng)參與,培養(yǎng)學(xué)生類推、發(fā)現(xiàn)、歸納、猜想、推導(dǎo)、整理的能力
情感目標(biāo):讓學(xué)生獲得發(fā)現(xiàn)的成就感,培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、善于研究的求知精神及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
【教學(xué)重點(diǎn)】同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式的理解與在同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式求值問(wèn)題中的靈活應(yīng)用
【教學(xué)難點(diǎn)】同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式在求值問(wèn)題中的靈活應(yīng)用
【教學(xué)方法】引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)法
【教具準(zhǔn)備】三角板
【課堂構(gòu)思】課堂結(jié)構(gòu)分為三部分,其一,創(chuàng)設(shè)情景,以實(shí)例引出已知一個(gè)角的某一個(gè)三角函數(shù)值,求其余五個(gè)三角函數(shù)值的問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)這六個(gè)三角函數(shù)值之間具有某種關(guān)系,激發(fā)學(xué)生興趣;其二、引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察任意角三角函數(shù)的定義,尋找同角三角函數(shù)之間的關(guān)系式,這是主體部分;其三,實(shí)際應(yīng)用。
【教學(xué)過(guò)程】
I.引入新課
(1)引例:已知α為銳角且sinα= 4-5 ,求cosα,tanα,
(2)學(xué)生活動(dòng):學(xué)生回憶所學(xué)方法探求。
(3)預(yù)期成果:學(xué)生構(gòu)造直角三角形用定義求出。
(4)問(wèn)題1:請(qǐng)學(xué)生觀察它們之間的關(guān)系。
(5)預(yù)期答案:
(6)問(wèn)題2:判斷上述關(guān)系是否對(duì)任意銳角成立
(7)預(yù)期答案:利用勾股定理證明
(8)復(fù)習(xí)任意角的三角函數(shù)的定義
II.講授新課
(1)學(xué)生類推探求公式:等
(2)學(xué)生類比證明公式:等
(3)師生共同歸納整理所求公式:平方關(guān)系、倒數(shù)關(guān)系、商數(shù)關(guān)系
(4)教師指出所用公式的注意事項(xiàng):同角的含義、角的范圍、公式的變形
①注意“同角”,至于角的形式無(wú)關(guān)重要,如sin24α+cos24α=1等;
②注意這些關(guān)系式都是對(duì)于使它們有意義的角而言的,如沒(méi)有意義
③對(duì)這些關(guān)系式不僅要牢固掌握,還要能靈活運(yùn)用(正用、反用、變形用),如:,等
(5)同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式的簡(jiǎn)單應(yīng)用
例1:(1)已知sinα= 12-13,并且α是第二象限角,求cosα,tanα,cotα.
(2)已知cosα=- 4-5,求sinα,tanα,cotα.
分析:
問(wèn)題(3):例1中兩問(wèn)有沒(méi)有區(qū)別?
預(yù)期答案:第(1)問(wèn)中的角α給出了范圍,而第(2)問(wèn)沒(méi)有。
問(wèn)題(4):這些問(wèn)題與α的范圍有無(wú)關(guān)系?若有,在什么時(shí)候用到這個(gè)關(guān)系?怎么處理這個(gè)問(wèn)題?
預(yù)期答案:有,在用平方關(guān)系時(shí)開方用到,要分類討論。
III 課堂練習(xí)
教材P29 1(1),(2)
IV 課堂小結(jié)
四個(gè)公式()
一種題型(運(yùn)用同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式解決三角函數(shù)中已知一個(gè)角的某一三角函數(shù)值求其余三角函數(shù)值的問(wèn)題)
V 課后作業(yè)
教材習(xí)題4.4 1(1),(2),(3),
Ⅵ 板書設(shè)計(jì)
同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式
同角三角函數(shù)基本關(guān)系式
注意: 例1 學(xué)生板演
【教學(xué)后記】
在本節(jié)學(xué)習(xí)中,課堂上學(xué)生整體配合很好,課后作業(yè)學(xué)生完成較好,但在課堂教學(xué)中反映出了三個(gè)問(wèn)題:
(1)學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)的公式很多超出了要求,如:
一、抓住關(guān)鍵,使教學(xué)精煉、簡(jiǎn)約而高效
由于初中的銳角三角函數(shù)定義不能推廣到任意角的情形,從而引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。用什么定義、怎樣定義、這樣定義是否合理等,成為繼續(xù)研究的自然問(wèn)題。之前,在任意角內(nèi)容的學(xué)習(xí)中,學(xué)生已經(jīng)有了在直角坐標(biāo)系內(nèi)討論角的經(jīng)驗(yàn),但教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)生仍不能自然想到引入坐標(biāo)系工具,利用坐標(biāo)來(lái)定義任意角三角函數(shù)。筆者認(rèn)為,從幫助學(xué)生理解定義的實(shí)質(zhì),體會(huì)坐標(biāo)思想與數(shù)形結(jié)合思想的角度,教師可利用適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言,引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)解決“如何用坐標(biāo)表示銳角三角函數(shù)”的關(guān)鍵問(wèn)題。需要提及的是,陶老師的問(wèn)題設(shè)計(jì)具有啟示性:
現(xiàn)在,角的范圍擴(kuò)大了,由銳角擴(kuò)展到了0°~360°內(nèi)的角,又?jǐn)U展到了任意角,并且在直角坐標(biāo)系中,使得角的頂點(diǎn)與原點(diǎn)重合,始邊與x軸的正半軸重合.在這樣的環(huán)境中,你認(rèn)為,對(duì)于任意角α,sinα怎樣定義好呢?
上述問(wèn)題提得“大氣”,既能使學(xué)生的學(xué)習(xí)圍繞關(guān)鍵問(wèn)題展開,又突出正弦函數(shù)的概念分析。當(dāng)然,若能依教材先作銳角情形的鋪墊,教學(xué)更符合學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”,提高效率。
這里,需要引導(dǎo)學(xué)生從函數(shù)的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)用坐標(biāo)表示的銳角三角函數(shù),有助于從函數(shù)的本質(zhì)特征來(lái)認(rèn)識(shí)三角函數(shù)。
在第三個(gè)環(huán)節(jié)中,首先是如何自然引入單位圓的問(wèn)題。
用單位圓上點(diǎn)的坐標(biāo)定義三角函數(shù)有許多優(yōu)點(diǎn),其中最主要的是使正弦函數(shù)、余弦函數(shù)從自變量(角的弧度數(shù))到函數(shù)值(單位圓上點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo))之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系更清楚、簡(jiǎn)單,突出了三角函數(shù)的本質(zhì),有利于學(xué)生利用已有的函數(shù)概念來(lái)理解三角函數(shù),其次是使三角函數(shù)反映的數(shù)形關(guān)系更直接,為后面討論函數(shù)的性質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。
但單位圓的這些“優(yōu)點(diǎn)”要在引入單位圓后才能逐步體會(huì)到。因此,引入單位圓的“理由”應(yīng)該另辟蹊徑,白老師在引導(dǎo)學(xué)生完成用角的終邊上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)表示銳角三角函數(shù)之后,從求簡(jiǎn)的角度設(shè)置問(wèn)題,不愧為“棋高一招”:
大家有沒(méi)有辦法讓所得到的定義式變得更簡(jiǎn)單一點(diǎn)?
在學(xué)生得出x2+y2=1時(shí)定義式最簡(jiǎn)單后,白老師引入單位圓,引導(dǎo)學(xué)生利用單位圓定義銳角三角函數(shù)。至此,學(xué)生就有了第四環(huán)節(jié)中用單位圓定義任意角三角函數(shù)的認(rèn)知準(zhǔn)備。
由于“定義”是一種“規(guī)定”,因此,第四環(huán)節(jié)中,教師可類比用單位圓定義銳角三角函數(shù)情形,直接給出任意角三角函數(shù)定義,對(duì)學(xué)生而言,關(guān)鍵是理解這樣“規(guī)定”的合理性,對(duì)定義合理性認(rèn)知基礎(chǔ)就是三角函數(shù)的“函數(shù)”本質(zhì)――定義要符合一般函數(shù)的內(nèi)涵(函數(shù)三要素)。
二、精心設(shè)計(jì)問(wèn)題,讓課堂成為學(xué)生思維閃光的舞臺(tái)
基于上述認(rèn)識(shí),對(duì)定義部分的教學(xué),給出如下先行組織者和主干問(wèn)題設(shè)計(jì)。
先行組織者1:周期現(xiàn)象是社會(huì)生活和科學(xué)實(shí)踐中的基本現(xiàn)象,大到宇宙運(yùn)動(dòng),小到粒子變化,這些現(xiàn)象的共同特點(diǎn)是具有周期性,另外,如潮汐現(xiàn)象、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、交流電等,也具有周期性,而“三角函數(shù)”正是刻畫這些變化的基本函數(shù)模型。
三角函數(shù)到底是一種怎樣的函數(shù)?它具有哪些特別的性質(zhì)?在解決具有周期性變化規(guī)律的問(wèn)題中到底能發(fā)揮哪些作用?本課從研究第一個(gè)問(wèn)題入手。
意圖:明確研究方向與內(nèi)容。
問(wèn)題1:在初中,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了銳角三角函數(shù),它是怎樣定義的?
意圖:從學(xué)生已有的數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā),為用坐標(biāo)定義三角函數(shù)作準(zhǔn)備。
問(wèn)題2:現(xiàn)在,角的概念已經(jīng)推廣到了任意角,上述定義方法能推廣到任意角嗎?
意圖:引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生求知欲望。
問(wèn)題3:如何定義任意角的三角函數(shù)?
意圖:引導(dǎo)學(xué)生探索任意角三角函數(shù)的定義。
先行組織者2:我們知道,直角坐標(biāo)系是展示函數(shù)規(guī)律的載體,是構(gòu)架“數(shù)形結(jié)合”的天然橋梁,上堂課我們把任意角放在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行研究,借助坐標(biāo)系,可以使角的討論簡(jiǎn)化,也能有效地表現(xiàn)出角的終邊位置“周而復(fù)始”的現(xiàn)象。坐標(biāo)系也為我們從“數(shù)”的角度定義任意角三角函數(shù)提供有效載體。
意圖:引導(dǎo)學(xué)生借助坐標(biāo)系來(lái)定義任意角三角函數(shù)。
問(wèn)題4:各個(gè)比值與角之間有怎樣的關(guān)系?比值是角的函數(shù)嗎?
意圖:扣準(zhǔn)函數(shù)概念的內(nèi)涵,把三角函數(shù)知識(shí)納入函數(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu),突出變量之間的依賴關(guān)系或?qū)?yīng)關(guān)系,增強(qiáng)函數(shù)觀念。
先讓學(xué)生想象思考,作出主觀判斷,再用幾何畫板動(dòng)畫演示,得出結(jié)論:三個(gè)比值分別是以銳角α為自變量、以比值為函數(shù)值的函數(shù)。
問(wèn)題5:既然可在終邊上任取一點(diǎn),那有沒(méi)有辦法讓所得的對(duì)應(yīng)關(guān)系變得更簡(jiǎn)單一點(diǎn)?
意圖:為引入單位圓進(jìn)行鋪墊。
教師給出單位圓定義之后,可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步明確:正弦、余弦、正切都是以銳角α為自變量、以單位圓上點(diǎn)的坐標(biāo)(或比值)為函數(shù)值的函數(shù)。
問(wèn)題6:類比上述做法,設(shè)任意角α的終邊與單位圓交點(diǎn)為P(x,y),定義正弦函數(shù)為y=sinα,余弦函數(shù)為y=cosα,正切函數(shù)為=tanαyx=tanα。你認(rèn)為這樣定義符合函數(shù)定義要求嗎?
例2已知1+tanα1-tanα=5+26求1-sin2αcos2α的值
策略:要求1-sin2αcos2α的值,條件1+tanα1-tanα=5+26是非常重要的,要從這一條件出發(fā),將α的某一三角函數(shù)值求出,即可獲解。
解析:1+tanα1-tanα=tan45°+tanα1-tan45°tanα=tan(45°+α)=5+26
cos2α1-sin2α=sin(90°+2α)1+cos(90°+2α)=tan(45°+α)
1-sin2α1cos2α=1tan(45°+α)=15+26=5-26
2.給角求值要求熟練掌握兩角和與差的三角函數(shù)的基本公式、二倍角公式,特別要注意逆向使用和差角公式與二倍角公式,以此將非特殊角的三角函數(shù)轉(zhuǎn)化為特殊角的三角函數(shù)。
例1
求值:sec50°+tan10°
解析:sec50°+tan10°
=1cos50°+cos10°sin10°=1sin40°+cos80°sin80°
=2cos40°+cos80°sin80°=cos40°+cos40°+cos80°sin80°
=cos40°+cos(60°-20°)+cos(60°+20°)cos10°
=cos40°+cos20°cos10°=2cos30°cos10°cos10°=3
總結(jié)評(píng)述:本題的解題思路是:變角切割化弦化異角為同角轉(zhuǎn)化為特殊角約去非特殊角的三角函數(shù)。
解此類問(wèn)題的方法是,轉(zhuǎn)化為特殊角,同時(shí)能消去非特殊角的三角函數(shù)。
3.給值求角
給出三角函數(shù)值求角的關(guān)鍵有二:
(1)求出要求角的某一三角函數(shù)值(通常以正弦或余弦為目標(biāo)函數(shù))。
(2)確定所求角在(已求該角的函數(shù)值)相應(yīng)函數(shù)的哪一個(gè)單調(diào)區(qū)間上(注意已知條件和中間所求函數(shù)值的正負(fù)符號(hào))。
例3若α、β∈(0,π),cosα=-750,tanβ=-13求α+2β的值。
解析:由已知不難求出tanα與tan2β的值,這就可求出tan(α+2β)的值,所以要求α+2β的值,關(guān)鍵是準(zhǔn)確判斷α+2β的范圍。
cosα=-750且α∈(0,π)
sinα=150,tanα=-17
又tanβ=-13,tan2β=2tanβ1-tan2β=-34
tan(α+2β)=tanα+tan2β1-tan2βtanα
=-17-341-(-17)(-17)(-34)=-1α∈(0,π),tanα=-17<0,α∈(π2,π)
β∈(0,π),tanβ=-13<0,β∈(π2,π)
2β∈(π,2π),tan2β=-34<0
3π2<2β<2π
α+2β∈(2π,3π).
而在(2π,3π)上正切值等于-1的角只有11π4
關(guān)健詞:三角函數(shù)、給角求值、給值求角、比較大小、解三角形.
數(shù)學(xué)的考題題型:三角或數(shù)列有一道大題,概率統(tǒng)計(jì)、立體幾何、解析幾何、函數(shù)導(dǎo)數(shù)不等式,還有三選一(幾何證明選講,極坐標(biāo)與參數(shù)方程,不等式)。本部分內(nèi)容在高考中所占分?jǐn)?shù)大約12%,主要考查三角函數(shù)的基本公式,三角恒等變形及解三角形等基本知識(shí),近幾年高考題目中每年有1~2個(gè)小題,一個(gè)大題,,解答題以中低檔題為主,很多情況下與平面向量綜合考察,有時(shí)也與不等式、函數(shù)最值結(jié)合在一起,但難度不大,今后有關(guān)三角函數(shù)的問(wèn)題仍將以選擇題、填空題和解答題三種題型出現(xiàn),控制在中等偏易程度;如果有解答題出現(xiàn),一般放在前兩題位置。
解三角形的考題有客觀題也有解答題,通過(guò)三角形中的邊長(zhǎng)與角度之間的數(shù)量關(guān)系,來(lái)解決一些與測(cè)量和幾何計(jì)算等有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題,考查考生對(duì)數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)世界和實(shí)際生活的聯(lián)系的認(rèn)識(shí),培養(yǎng)和發(fā)展考生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)。應(yīng)注意三角函數(shù)的解題技巧。
一、“已知三角函數(shù)值求角”問(wèn)題
通過(guò)先求角的某個(gè)三角函數(shù)值來(lái)求角,再選取函數(shù)時(shí),遵照以下原則:
(1) 已知正切函數(shù)值,選正切函數(shù);
(2) 已知正、余弦函數(shù)值,選正弦或余弦函數(shù),若角的范圍是 ,選正、余弦皆可;若角的范圍是 ,選余弦較好;若角的范圍為 ,選正弦較好。
解值求角問(wèn)題的一般步驟為:
1、求角的某一個(gè)三角函數(shù)值;
2、確定角的范圍;
3、根據(jù)角的范圍寫出所求的角。
在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生們通常存在這么幾個(gè)困惑:1、給出一個(gè)三角函數(shù)值可能對(duì)應(yīng)著多個(gè)或無(wú)數(shù)個(gè)角,不知道該先求哪個(gè)角。2、不能準(zhǔn)確的寫出已知要求的那個(gè)范圍的角。3、最后寫出的角的形式怎樣。下面以四個(gè)例題說(shuō)明:
例1、已知 且 ,求 的取值集合.
解:令 ( 為銳角),則 ,又 且 ,且 ,
所以滿足條件的角在 內(nèi),所以 ,所以 的取值集合為 .
例2、已知 且 ,求 的取值集合.
解:令 ( 為銳角),則 ,又 且 ,且 ,
所以滿足條件的角在 , 內(nèi),所以 或 ,
所以 的取值集合為 .
例3、已知 ,求 的取值集合.
解:由上面例1和例2可得答案為: 或
或者答案也可以為: 或
這類問(wèn)題在處理時(shí),不管已知的三角函數(shù)值是正數(shù)還是負(fù)數(shù),我們都可以暫時(shí)把它看作正數(shù),目的是為了找到看作正數(shù)后相對(duì)應(yīng)的那個(gè)銳角 ,然后我們可以利用: 或 或 或 處理一下,就求出了相對(duì)應(yīng)的區(qū)間: ; ; ; 內(nèi)符合題意的角了.如果滿足條件的角可以有無(wú)數(shù)個(gè),那么我們把剛才求出來(lái)的角“+” 就可以了.
例4、已知 且 , ,求 的值;
解 ,所以 , , ,
解決此類問(wèn)題注意角的變形:
二、“利用三角函數(shù)的單調(diào)性比較大小”問(wèn)題
在教學(xué)中通常要求學(xué)生把三角函數(shù)化成同名三角函數(shù)且自變量落在同一個(gè)單調(diào)區(qū)間內(nèi)即可,但是學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中容易混淆單調(diào)區(qū)間,不如我們把此類問(wèn)題中的自變量利用誘導(dǎo)公式負(fù)角化為正角,大角化小角,正角統(tǒng)一都化為銳角,這樣就更簡(jiǎn)潔、明朗了,因?yàn)檎?、余弦、正切函?shù)在區(qū)間 內(nèi)的單調(diào)性依次為:?jiǎn)握{(diào)遞增、單調(diào)遞減、單調(diào)遞增,學(xué)生是非常熟悉的.
例5、比較 與 的大小.
解:
因?yàn)?在 內(nèi)單調(diào)遞增,且 ,所以 ,
所以 ,即
三、“利用正、余弦定理解三角形”問(wèn)題
在 中,設(shè)角 、 、 的對(duì)邊長(zhǎng)分別為: 、 、
正弦定理: ( 為 的外接圓半徑)
余弦定理: ; ;
定理的內(nèi)容以及變形學(xué)生們一般都能記住,但是遇到具體問(wèn)題時(shí)到底該用哪個(gè)定理?有的學(xué)生就拿不準(zhǔn)了.下面我們來(lái)探討這個(gè)問(wèn)題,首先我們要清楚解三角形問(wèn)題中三角形的三個(gè)角和三條邊六個(gè)元素至少得已知三個(gè),而且這三個(gè)已知的元素中至少得有一條邊,這樣我們才可以解這個(gè)三角形.
那么我們就可以以已知條件中邊的條件將此類問(wèn)題進(jìn)行分類:1、已知“一邊兩角”(實(shí)際上第三個(gè)角也知道了),用正弦定理(因?yàn)檫@條邊肯定是已知角的對(duì)邊).2、已知“兩邊一對(duì)角”,用正弦定理;已知“兩邊一夾角”,用余弦定理.3、已知“三邊”,用余弦定理.當(dāng)然,有時(shí)在一道題目中正、余弦定理都可以用,我們選擇其一就可以了.
另外,如果已知條件允許的話,我們盡量去求三角形內(nèi)角的余弦值,這是因?yàn)樵谌切沃杏嘞抑悼梢园唁J角、直角、鈍角分的清清楚楚,余弦值為正,角為銳角;余弦值為負(fù),角為鈍角;余弦值為0,角為直角.而正弦值分不清銳角和鈍角.
最后別忘了三角形中“內(nèi)角和等于 ”;“大邊對(duì)大角,大角對(duì)大邊”;“兩邊之和大于第三邊”;“三角形面積公式”;“射影定理”;“已知兩邊一對(duì)角時(shí),可能兩解、一解、無(wú)解”等.
用正弦定理和余弦定理解三角形的常見(jiàn)題型,測(cè)量距離問(wèn)題、高度問(wèn)題、角度問(wèn)題(仰角和俯角,方位角)、計(jì)算面積問(wèn)題、航海問(wèn)題、物理問(wèn)題等。下面我們來(lái)看一些例題:
例6、在 中,已知 求 (保留兩個(gè)有效數(shù)字).
分析:已知形式為:“一邊兩角”,所以用正弦定理
解:
.
例7、在 中,已知 求 (精確到 )和 (保留兩個(gè)有效數(shù)字).
分析:已知形式為:“兩邊一對(duì)角”,所以用正弦定理,而且可能兩解、一解、無(wú)解
解: .( )
當(dāng) 時(shí), ,
.
當(dāng) 時(shí), ,
.
例8、在 中,已知 解這個(gè)三角形(邊長(zhǎng)保留四個(gè)有效數(shù)字,角度精確到 ).
分析:已知形式為:“兩邊一夾角”,所以用余弦定理
解:由 ,得 .
, .
例9、在 中,已知 求 、 、 (精確到 ).
分析:已知形式為:“三邊”,所以用余弦定理
解: .
.
例10:已知 分別為 三個(gè)內(nèi)角A,B,C的對(duì)邊,
,
(1) 求A;
(2) 若 , 的面積為 ,求 。
解:(1)由 及正弦定理得
,因?yàn)?所以
。由于 ,所以 ,
又 故 。
(2) 的面積 故 ,而 ,
關(guān)鍵詞: 中學(xué)數(shù)學(xué) 三角函數(shù)問(wèn)題 數(shù)學(xué)思想
一、數(shù)形結(jié)合思想
數(shù)形結(jié)合思想即運(yùn)用數(shù)與形的關(guān)系來(lái)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題.可以借助數(shù)的精確性來(lái)說(shuō)明形的某些屬性;也可借助形的直觀性來(lái)闡明數(shù)之間的某種關(guān)系.體現(xiàn)在三角函數(shù)中是利用單位圓中的三角函數(shù)線、三角函數(shù)圖像求三角函數(shù)定義域、解三角不等式、求單調(diào)區(qū)間、討論方程實(shí)根的個(gè)數(shù)、比較大小等.
例1.比較sin,cos,tan的大小.
解析:這些角都不是特殊角,求出值來(lái)再比較行不通,但如果我們注意到,,相差較大,容易利用單位圓上的三角函數(shù)線區(qū)分比較它們各自函數(shù)值的大小.
如圖所示,
設(shè)a=sin,b=cos,c=tan,
可知,b<0<a<c,
因此,cos<sin<tan.
二、分類討論思想
分類討論是一種重要解題策略,“分類”,相當(dāng)于縮小討論范圍,故能使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化,從而將問(wèn)題化整為零,各個(gè)擊破.體現(xiàn)在三角函數(shù)值受角所在象限的影響,在不同的象限有不同的三角函數(shù)值,因此就應(yīng)根據(jù)求值或求角的需要對(duì)角的范圍或參數(shù)的范圍展開有序的討論.
例2.化簡(jiǎn):cosπ+α+cosπ-α,(n∈Z)
解析:原式=cosnπ++α+cosnπ--α
(1)當(dāng)n為偶數(shù)即n=2k,(k∈Z)時(shí):
原式=cos2kπ++α+cos2kπ--α
=cos+α+cos+α=2cos+α
(2)當(dāng)n為奇數(shù)即n=2k+1,(k∈Z)時(shí):
原式=cos2kπ+π++α+cos2kπ+π--α
=-cos+α-cos+α=-2cos+α
cosπ+α+cosπ-α=(-1)2cos+α
三、轉(zhuǎn)化與化歸思想
把所研究的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為與之等價(jià)的問(wèn)題,將陌生問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉問(wèn)題,從而于找出問(wèn)題的解決方法.體現(xiàn)在三角函數(shù)中就是切割化弦、統(tǒng)一角、統(tǒng)一函數(shù)名稱、換元等手段處理求值(域)、最值、比較大小等問(wèn)題.
例3.求函數(shù)y=tanx+cotx-secx-cscx,x∈-,0的值域.
解析:先切割化弦,統(tǒng)一函數(shù)名稱,
得y=+--=.
令t=sinx+cosx,則sinxcosx=,t=sinx+
因?yàn)閤∈-,0,所以t∈(-1,1)
于是求原函數(shù)的值域就轉(zhuǎn)化為求函數(shù)y=-,t∈(-1,1)的值域,解得y∈(-∞,-1).
因此,原函數(shù)的值域?yàn)椋?∞,-1).
四、整體的思想
體現(xiàn)在三角函數(shù)中主要是利用整體代入、整體變形、整體換元、整體配對(duì)、整體構(gòu)造等進(jìn)行化簡(jiǎn)求值、研究函數(shù)性質(zhì)等.
例4.已知為三角形的一個(gè)內(nèi)角,且滿足sinx+cosx=,求sinx-cosx的值.
解析:由條件和問(wèn)題聯(lián)想到公式(sinx±cosx)=1±sinxcosx,可實(shí)施整體代換求值.
由sinx+cosx=兩邊同時(shí)平方,得sinx+2sinxcosx+cosx=,
即2sinxcosx=-.
因?yàn)椋╯inx-cosx)=1-2sinxcosx=,
又因?yàn)閤為三角形的一個(gè)內(nèi)角,sinx+cosx=>0,2sinxcosx=-<0,
所以sinx>0,cosx<0,則sinx-cosx>0.
所以sinx-cosx=.
五、函數(shù)與方程思想
三角函數(shù)本身就一種特殊的函數(shù),解決三角函數(shù)問(wèn)題自然離不開函數(shù)與方程的思想.體現(xiàn)在某些三角函數(shù)問(wèn)題可用函數(shù)的思想求解參數(shù)的值(范圍)問(wèn)題;有些三角函數(shù)問(wèn)題可以直接轉(zhuǎn)化為一元二次方程求解,還有一些三角問(wèn)題,依據(jù)題設(shè)條件和求角結(jié)構(gòu),適當(dāng)選取三角公式聯(lián)立組成方程組,以達(dá)到消元求值的目的,這是方程的思想在三角求值、證明等問(wèn)題中的最直接體現(xiàn).
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:部級(jí)期刊
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