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三角函数专题 (一)

年级:辅导科目:数学课时数:课题三角函数教学目的教学内容一、知识网络二、命题分析1.从近几年高考来看,对于本单元的考查,一般是以1~3个客观题和1个解答题形式出现,以中、低档题为主.考查的内容主要有:三角函数的图像和性质、三角函数的基本公式、三角函数的恒等变形及解三角形等基本知识.解答题常与平面向量、不等式、函数的最值等进行简单的综合,但难度不大.2.预计在今后的高考中,与三角函数有关的问题将继续作为高考的重点进行考查.其中,角的概念多结合三角函数的基础知识进行考查.三角函数的图像和性质主要考查三角函数的概念、周期性、单调性、有界性及图像的平移和伸缩等,多以小而活的选择题和填空题形式出现.形如y=A sin(ωx+φ)的函数将依然作为必考内容出现在高考题中,并与三角恒等变形、平面向量、解三角形等知识结合,形成小型综合题.解三角形问题将会以选择题或填空题形式出现,主要考查正、余弦定理及利用三角函数公式进行恒等变形的技能及运算能力,以化简、求值或判断三角切分别是:sin α=y r ,cos α=x r ,tan α=y x,它们都是以角为,以比值为 的函数.3.设角α的顶点在坐标原点,始边与x 轴正半轴重合,终边与单位圆相交于点P ,过P 作PM 垂直于x 轴于M ,则点M 是点P 在x 轴上的正射影.由三角函数的定义知,点P 的坐标为 ,即 ,其中cos α= ,sin α= ,单位圆与x 轴的正半轴交于点A ,单位圆在A 点的切线与α的终边或其反向延长线相交于点T (T ′),则tan α= .我们把有向线段OM 、MP 、AT (或AT ′)叫做α的 . (三)基础自测1.与610°角终边相同的角可表示为( )A .k ·360°+230°,k ∈ZB .k ·360°+250°,k ∈ZC .k ·360°+70°,k ∈ZD .k ·360°+270°,k ∈Z [答案] B[解析] 由于610°=360°+250°,所以610°与250°角的终边相同. 2.已知角α的终边经过点(3,-1),则角α的最小正值是( )A.2π3B.11π6 C.5π6D.3π4[答案] B [解析] ∵sin α=-12=-12,且α的终边在第四象限, ∴α=116π. 3.若-π>θ>-3π2,则点(tan θ,sin θ)在( )A .第一象限B .第二象限C .第三象限D .第四象限 [答案] B[解析] 易知θ在第二象限,则tan θ<0,sin θ>0.4.若α的终边过点P (2sin30°,-2cos30°),则sin α的值为( )A.12B .-12C .-32D .-33[答案] C[解析] P (2sin30°,-2cos30°)即P (1,-3),∴r =2,故sin α=-32,故选C. 5.已知角α的终边在直线y =-3x 上,则10sin α+3cos α=________. [答案] 0[解析] 设α终边上任一点P (k ,-3k ),则r =x 2+y 2=k 2+-3k2=10|k |.当k >0时,r =10k , ∴sin α=-3k 10k =-310,cos α=k10k=110, ∴10sin α+3cos α=-310+310=0.当k <0时,r =-10k ,∴sin α=310,cos α=-110,∴10sin α+3cos α=0.问题(2)主要是利用不等式表示出αn 的范围,对k 进行讨论,然后利用终边相同角的特点,即可确定αn所在象限. 跟踪练习1:设θ为第三象限角,试判断sinθ2cosθ2的符号[解析] ∵θ为第三象限角,∴2k π+π<θ<2k π+3π2(k ∈Z), k π+π2<θ2<k π+3π4(k ∈Z).当k =2n (n ∈Z)时, 2n π+π2<θ2<2n π+34π(n ∈Z),此时θ2在第二象限, (2n +1)π+π2<θ2<(2n +1)π+3π4(n ∈Z),即2n π+3π2<θ2<2n π+7π4(n ∈Z),此时θ2在第四象限,∴sin θ2<0,cos θ2>0,∴sin θ2cos θ2<0.综上可知:sinθ2cosθ2<0.2.命题方向:弧长公式及扇形面积公式的应用[例2] 已知一扇形的中心角是α,所在圆的半径是R .(1)若α=60°,R =10 cm ,求扇形的弧长及该弧所在弓形的面积;(2)若扇形的周长是一定值C (C >0),当α为多少弧度时,该扇形有最大面积?[分析] (1)直接套用公式l =αR 可求弧长,利用S 弓=S 扇-S △可求弓形面积. (2)将S 扇表示为α的函数,转化为函数求最大值问题.[解析] (1)设弧长为l ,弓形面积为S 弓, ∵α=60°=π3,R =10,l =10π3,S 弓=S 扇-S △=12×10π3×10-12×102sin60°=50(π3-32). (2)解法1:扇形周长C =2R +l =2R +αR . ∴R =C2+α,∴S 扇=12α·R 2=12α·C 2(2+α)2=C 22×α·1α2+4α+4=C22·1α+4α+4≤C216, ∴当α=4α即α=2(α=-2舍去)时,扇形面积有最大值C 216.解法2:由已知2R +l =C ,∴R =C -l2(l <C ),∴S =12Rl =12·C -l 2·l =14(Cl -l 2)=-14⎝ ⎛⎭⎪⎫l -C 22+C 216,∴当l =C 2时,S max =C 216,此时α=l R=C2C -C22=2,∴当扇形圆心角为2弧度时,扇形面积有最大值C 216.[点评] 此类问题是将三角函数问题与不等式问题进行综合考查的,扇形的面积与弧长的计算在几何中应用较多,都可以用角度制与弧度制两种方式给出,在应用时应注意,不要把角度制与弧度制混用,造成度量单位不一致.跟踪练习2(1)一个半径为r 的扇形,若它的周长等于弧所在的半圆的长,那么扇形的圆心角是多少弧度?是多少度?扇形的面积是多少?(2)一扇形的周长是20 cm ,当扇形的圆心角α等于多少弧度时,这个扇形的面积最大?[解析] (1)设扇形的圆心角是θrad ,因为扇形的弧长是r θ,所以扇形的周长是(2r +r )θ.依题意, 得(2r +r )θ=πr ,∴θ=π-2=(π-2)×(180°π)≈1.142×57.30°≈65.44°≈65°26′,∴扇形的面积为S =12r 2θ=12(π-2)r 2.(2)设扇形的半径为r ,弧长为l ,则l +2r =20, 即l =20-2r (0<r <10)①扇形的面积S =12lr ,将①代入,得S =12(20-2r )r =-r 2+10r =-(r -5)2+25,所以当且仅当r =5时S 有最大值25.此时l =20-2×5=10,α=lr=2.所以当α=2 rad 时,扇形的面积取最大值.3.命题方向:三角函数的定义应用已知角α的终边经过点P (-4a,3a )(a ≠0),求sin α、cos α、tan α的值.[分析] 根据任意角三角函数的定义,应首先求出点P 到原点的距离r ,由于含有参数a ,要注意分类讨论.[解析] r =-4a2+3a2=5|a |.若a >0,r =5a ,α角在第二象限,sin α=y r =3a 5a =35,cos α=x r =-4a 5a =-45,tan α=y x =3a -4a =-34;若a <0,r =-5a ,a 角在第四象限,sin α=-35,cos α=45,tan α=-34.跟踪练习3:已知角α的终边上一点的坐标为(sinπ3,cos π3),则角α在[0,2π)内的值为( ) A.5π6或π6 B.2π3或53π C.π3D.π6[答案] D[解析] ∴sin π3>0,cos π3<0,∴点(sin π3,cos π3)落在第一象限,又∵tan α=cosπ3sinπ3=33,∴α=π6,故选D.4.命题方向:单位圆的应用已知:α∈⎝⎛⎭⎪⎫0,π2,求证:sin α<α<tan α.[分析] 构造单位圆,利用单位圆中的三角函数线及三角形和扇形的面积来证明.[证明] 设角α与单位圆交于P ,则MP =sin α,AT =tan α,如图所示, PB 的长l =α.连接AP .△POA 的面积=12OA ·MP =12sin α.扇形OAP 的面积=12l ·OA =12α.△OAT 的面积=12OA ·AT =12tan α.∵S △POA <S 扇形OAP <S △OAT ,即12sin α<12α<12tan α.∴sin α<α<tan α.跟踪练习4:在(0,2π)内使sin x >cos x 成立的x 的取值范围是______.[答案] ⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,5π4[解析] 由三角函数定义结合三角函数线知,在(0,2π)内,使sin x >cos x 成立的x 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,5π4.∴周长C 的最小值为4S .此时,r =C ±Δ2×2=S ,中心角α=2Sr 2=2rad所以当扇形的中心角为2rad 时,扇形的周长最小,最小值为4S . 13.已知角α终边经过点P (x ,-2)(x ≠0),且cos α=36x ,求sin α+1tan α的值. [解析] ∵P (x ,-2)(x ≠0), ∴点P 到原点的距离r =x 2+2. 又cos α=36x ,∴cos α=x x 2+2=36x . ∵x ≠0,∴x =±10,∴r =2 3. 当x =10时,P 点坐标为(10,-2), 由三角函数的定义,有sin α=-66,1tan α=-5, ∴sin α+1tan α=-66-5=-65+66;当x =-10时,同样可求得sin α+1tan α=65-66.14.设f (x )=cos xcos30°-x,求f (1°)+f (2°)+…+f (59°)的值.[解析] f (x )+f (60°-x ) =cos x cos 30°-x+cos 60°-x cosx -30°=cos x +cos 60°-x cos 30°-x =3cos x -30°cos 30°-x= 3.∴f (1°)+f (2°)+…+f (59°)=(f (1°)+f (59°))+(f (2°)+f (58°))+…+(f (29°)+f (31°))+f (30°)=293+32=5932. 15.已知角α的顶点与直角坐标系的原点重合,始边在x 轴的正半轴上,终边经过点P (1,-2).求cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2α-π3的值.[解析] ∵P (1,-2)是角α终边上一点,由此求得r =|OP |=5,∴sin α=-255,cos α=55.∵sin2α=2sin αcos α=-45,cos2α=cos 2α-sin 2α=-35.∴cos ⎝⎛⎭⎪⎫2α-π3=cos2αcos π3+sin2αsin π3=⎝ ⎛⎭⎪⎫-35·12+⎝ ⎛⎭⎪⎫-45·32=-3+4310.∴sin α=-1-cos 2α=-1-⎝ ⎛⎭⎪⎫122=-32,tan α=sin αcos α=-3, ∴1+tan 2α+1tan 2α=1+(-3)2+1-32=1+3+13=133. (四)典型例题1.命题方向:同角三角函数的关系[例1] α是第四象限角,tan α=-512,则sin α等于 ( ) A.15B .-15 C.513D .-513[解析] 解法1:∵⎩⎪⎨⎪⎧sin 2α+cos 2α=1sin αcos α=-512,解得sin α=±513.又∵α为第四象限角,∴sin α<0,∴sin α=-513.故选D.解法2:设tan α1=512,α1为锐角,如图在Rt △ABC 中,由tan α1=512, 设AC =5,BC =12,则AB =13, ∴sin α1=513,∵α为第四象限角,∴sin α<0,从而sin α=-513.解法3:∵α是第四象限角,∴sin α<0,排除A 、C ,又tan α=sin αcos α=-512,由勾股数组5,12,13知排除B ,∴选D.[答案] D[点评] 记住常用的勾股数组非常方便.常用的有:①3,4,5 ②5,12,13 ③7,24,25以及它们的倍数,如3k,4k,5k k ∈N +.跟踪练习1:(2010·全国卷Ⅰ理)记cos(-80°)=k ,那么tan100°=( ) A.1-k2kB .-1-k2kC.k1-k2D .-k1-k2[答案] B[解析] sin80°=1-cos 280°=1-cos2-80°=1-k 2,所以tan100°=-tan80°=-sin80°cos80°=-1-k2k.[分析] 先将所给三角函数式化简,由方程的判别式Δ≥0,结合韦达定理求解.[解析] 2tan α·cos α-sin α1-tan 2α=2sin αcos α·cos α-sin α1-sin 2αcos 2α=2sin αcos αcos α+sin α由根与系数关系可得sin α+cos α=-2+12且m2=sin α·cos α=sin α+cos α2-12=⎝⎛⎭⎪⎫-2+122-12=22-18,所以m =22-14.故原式=22-14-2+12=32-52.3.命题方向:利用诱导公式进行化简与求值[例3] 已知f (α)=sinπ-αcos 2π-αtan -α+π-tan -α-πsin -π-α;(1)化简f (α);(2)若α是第三象限角,且cos ⎝⎛⎭⎪⎫α-3π2=15,求f (α)的值. [分析] 显然应用到诱导公式,可以直接从六组诱导公式中合理选用.[解析] (1)f (α)=sin α·cos α·-tan αtan αsin α=-cos α.(2)∵cos ⎝⎛⎭⎪⎫α-3π2=-sin α, ∴sin α=-15,cos α=-52-125=-256,∴f (α)=256.[点评] 熟练应用诱导公式是解答本题的关键.诱导公式应用原则是:负化正、大化小、化到锐角为终了.(能求值的要求出值) [例4] 化简:tanπ-αcos2π-αsin ⎝⎛⎭⎪⎫-α+3π2cos-α-πsin-π-α[分析] 化简上式,要认真观察“角”,显然需利用诱导公式,注意诱导公式的合理选用.[解析] 解法1:原式=-tan α·cos[π+(π-α)]·sin ⎝⎛⎭⎪⎫π+π2-αcos(π+α)·[-sin(π+α)]=-tan α·[-cos π-α]·⎣⎢⎡⎦⎥⎤-sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-α-cos α·sin α=-tan α·cos α·-cos α-cos α·sin α=-tan α·cos αsin α=-sin αcos α·cos αsin α=-1.解法2:原式=-tan α·cos -α·sin ⎝⎛⎭⎪⎫-α-π2cos (π-α)·sin (π-α)=tan α·cos α·sin ⎝⎛⎭⎪⎫α+π2-cos α·sin α=sin αcos α·cos α-sin α=-1.[点评] 解决此类问题需合理运用诱导公式,用公式时需特别注意化简后函数的名称与符号,一定要细心计算,以免出错. 跟踪练习3:化简:tan 3π-αsinπ-αsin ⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2-α+sin 2π-αcos ⎝ ⎛⎭⎪⎫α-7π2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2+αcos 2π+α[分析] 要认真观察“角”,运用诱导公式时特别注意函数名称与符号.[解析] 原式=tan -αsin α·-cos α+sin -α·cos ⎝⎛⎭⎪⎫α+π2-cos α·cos α=tan αsin α·cos α+-sin α·-sin α-cos α·cos α=1cos 2α-sin 2αcos 2α=1-sin 2αcos 2α =cos 2αcos 2α=1. 4.命题方向:三角函数公式在解三角形中的应用[例5] 在△ABC 中,若sin(2π-A )=-2sin(π-B ),3cos A =-2cos(π-B ),求△ABC 的三个内角. [分析] 由诱导公式可化简得到sin A =2sin B ,3cos A =2cos B ,进而由sin 2A +cos 2A =1可求出A ,进一步即可求出B 和C .[解析] 由已知得sin A =2sin B ,3cos A =2cos B ,两式平方相加得2cos 2A =1,cos A =±22. 若cos A =-22,则cos B =-32, 此时,A ,B 均为钝角,不可能, ∴cos A =22,故A =π4, cos B =32cos A =32⇒B =π6,C =π-(A +B )=7π12. [点评] 1.诱导公式在三角形中经常应用,常用的变形结论有:A +B =π-C ;2A +2B +2C =2π;A 2+B 2+C 2=π2.2.求角时,一般先求出该角的某一三角函数值,再确定该角的范围,最后求角.跟踪练习4:在锐角三角形ABC 中,求证:sin A +sin B +sin C >cos A +cos B +cos C . [解析] ∵△ABC 是锐角三角形,∴A +B >π2,即π2>A >π2-B >0,∴sin A >sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-B ,即sin A >cos B ; 同理sin B >cos C ,sin C >cos A ,∴sin A +sin B +sin C >cos A +cos B +cos C .(五)思想方法点拨1.计算任意角的三角函数值,主要是运用诱导公式化任意角三角函数为锐角三角函数,其一般步骤是:(1)负化正:当已知角为负角时,先利用-α的诱导公式把这个角的三角函数值化为正角的三角函数值;(2)正化主:当已知角是大于360°的角时,可用k ·360°+α 的诱导公式把这个角的三角函数值化为主区间(0°,360°)上的角的三角函数值;(3)主化锐:当已知角是90°到360°间的角时,可利用180°±α,360°-α的诱导公式把这个角的三角函数值化为0°到90°间的角的三角函数值(对于非特殊角用查表或用计算器求出结果).2.已知角α的某一种三角函数值,求角α的其余三角函数值时,如果应用平方关系,就要进行分类讨论,先确定角的终边所在的象限,再确定三角函数值的符号.要注意公式的合理选择和方法的灵活性.3.在利用同角三角函数的基本关系化简、求值时,要注意用“是否是同角”来区分和选用公式.4.在应用诱导公式进行三角式的化简、求值时,应注意公式中符号的选取.应用公式时把角α看成锐角,如果出现k π±α的形式时,常对k 值是奇数还是偶数进行分类讨论,以确定角所在的象限.5.在进行三角函数化简和三角恒等式的证明时,细心观察题目的特征,灵活、恰当的选用公式,一般思路是将切化弦,但在某些特殊问题中就不要化切为弦,只须利用倒数关系即可,否则解法较繁,如“求证tan α-cot βtan β-cot α=tan αcot β”,利用倒数关系可得简证.(六)课后强化作业一、选择题1.sin600°+tan240°的值是( ) A .-32 B.32 C .-12+ 3 D.12+ 3 [答案] B[解析] sin600°+tan240°=sin240°+tan240°=sin(180°+60°)+tan(180°+60°) =-sin60°+tan60°=-32+3=32. 2.设tan(5π+α)=m ,则sin α-3π+cos π-αsin -α-cos π+α的值为( )A.m +1m -1B.m -1m +1C .-1D .1[答案] A [解析]sin α-3π+cos π-αsin -α-cos π+α=sin -4π+π+α-cos α-sin α+cos α=-sin α-cos α-sin α+cos α=tan α+1tan α-1.又tan(5π+α)=m , ∴tan α=m ,∴原式=m +1m -1. 3.若sin2θ=14且θ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,π2,则cos θ-sin θ的值是( ) A.32B.34 C .-32D .-34[答案] C[解析] (cos θ-sin θ)2=1-sin2θ=34,∵π4<θ<π2,∴cos θ<sin θ,∴cos θ-sin θ=-32. 4.已知x 是三角形的内角,sin x +cos x =713,则tan x 的值是( ) A .-125B.125 C.512D .-512[答案] A[解析] 因为0<x <π,且sin x +cos x =713,所以π2<x <π.从而可知sin x >0,cos x <0,且|sin x |>|cos x |,∴tan x <0且|tan x |>1,故选A.5.已知tan θ=2,则sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+θ-cos π+θsin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-θ-sin π-θ=( )A .2B .-2C .0D.23[答案] B[解析]sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+θ-cos π+θsin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-θ-sin π-θ=cos θ+cos θcos θ-sin θ=21-tan θ=21-2=-2.6.已知tan2α=-22,且满足π4<α<π2,则2cos 2α2-sin α-12sin π4+α的值为( )A. 2B .- 2C .-3+2 2D .3-2 2[答案] C[解析]2cos2α2-sin α-12sinπ4+α=cos α-sin αsin α+cos α=1-tan αtan α+1.又tan2α=-22=2tan α1-tan 2α⇒22tan 2α-2tan α-22=0.解得tan α=-22或 2. 又π4<α<π2,∴tan α= 2.原式=1-22+1=-3+2 2. 7.已知cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6-α=33,则cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫56π+α-sin 2⎝ ⎛⎭⎪⎫α-π6的值是( )A.2+32B .-2+32 C.2-33D.-2+33[答案] B[解析] ∵cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫56π+α=cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤π-⎝ ⎛⎭⎪⎫π6-α=-cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6-α=-33, 而sin 2⎝⎛⎭⎪⎫α-π6=1-cos 2⎝⎛⎭⎪⎫α-π6=1-13=23, ∴原式=-33-23=-2+33. 8.若sin α+cos α=tan α⎝ ⎛⎭⎪⎫0<α<π2,则α的取值范围是( )A.⎝⎛⎭⎪⎫0,π6B.⎝ ⎛⎭⎪⎫π6,π4C.⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,π3D.⎝ ⎛⎭⎪⎫π3,π2[答案] C[解析] 方法一:排除法.在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,π4上,sin α+cos α>1,而tan α在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,π4上小于1,故排除答案A 、B ;因为sin α+cos α≤2,而在⎝ ⎛⎭⎪⎫π3,π2上tan α>3,sin α+cos α与tan α不可能相等,故排除D.方法二:由sin α+cos α=tan α,0<α<π2, ∴tan 2α=1+2sin αcos a =1+sin2α, ∵0<α<π2,∴0<2α<π,∴0<sin2α≤1,∴1<tan 2α≤2, ∵0<α<π2,∴tan α>0,∴1<tan α≤2,而2<3,∴π4<α<π3. 二、填空题[分析] (1)化简已知条件sin α+cos α=23,再平方求sin αcos α则可求(sin α-cos α)2,最后得sin α-cos α. (2)化简cos 3α-sin 3α,再因式分解并利用(1)求解.[解析] 由sin(π-α)-cos(π+α)=23, 得sin α+cos α=23, 两边平方,得1+2sin α·cos α=29, 故2sin α·cos α=-79. 又π2<a <π,∴sin α>0,cos α<0. (1)(sin α-cos α)2=1-2sin α·cos α=1-⎝ ⎛⎭⎪⎫-79=169,∴sin α-cos α=43. (2)sin 3⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-α+cos 3⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+α=cos 3α-sin 3α =(cos α-sin α)(cos 2α+cos α·sin α+sin 2α)=-43×⎝ ⎛⎭⎪⎫1-718=-2227. 13.已知cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+α=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫α-π2.求sin 3π-α+cos α+π5cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫5π2-α+3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫7π2-α的值. [解析] ∵cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+α=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫α-π2, ∴-sin α=-2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-α, ∴sin α=2cos α,即tan α=2.∴sin 3π-α+cos α+π5cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫5π2-α+3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫7π2-α=sin 3α-cos α5cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π+π2-α+3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫4π-π2-α=sin 3α-cos α5cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-α-3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+α =sin 3α-cos α5sin α-3cos α=sin 2α·tan α-15tan α-3=2sin 2α-110-3=2sin 2α-17=2sin 2α-sin 2α+cos 2α7sin 2α+cos 2α=sin 2α-cos 2α7sin 2α+cos 2α=tan 2α-17tan 2α+1=4-17×4+1=335. 14.已知sin θ,cos θ是方程x 2-(3-1)x +m =0的两根.(1)求m 的值;(2)求sin θ1-cos θsin θ+cos θ1-tan θ的值. [解析] (1)由韦达定理可得。

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