第4节 简单的三角恒等变换
考试要求 1.会根据相关公式进行化简和求值. 2.会利用三角函数式的化简与求值解决一些简单的问题.
考点一 三角函数式的化简
例1 化简:(1)=______.
答案 cos 2x
解析 原式=
=
===cos 2x.
(2)·=________.
答案
解析 原式=
(-)·(1+·)
=·
=·=.
感悟提升 1.三角函数式的化简要遵循“三看”原则:一看角,二看名,三看式子结构与特征.
2.三角函数式的化简要注意观察条件中角之间的联系(和、差、倍、互余、互补等),寻找式子和三角函数公式之间的共同点.
训练1 (1)2+等于( )
A.2cos 2 B.2sin 2
C.4sin 2+2cos 2 D.2sin 2+4cos 2
答案 B
解析 2+
=2+
=2+
=2|sin 2+cos 2|+2|cos 2|.
∵<2<π,∴cos 2<0,
∵sin 2+cos 2=sin,<2+<π,
∴sin 2+cos 2>0,
∴原式=2(sin 2+cos 2)-2cos 2=2sin 2.
(2)已知0<θ<π,则
=________.
答案 -cos θ
解析 原式=
=
==-cos θ.
考点二 三角函数式的求值
角度1 给角求值
例2 (1)sin 40°(tan 10°-)等于( )
A.2 B.-2 C.1 D.-1
答案 D
解析 sin 40°·(tan 10°-)
=sin 40°·
=sin 40°·
=sin 40°·
=sin 40°·
=sin 40°·=sin 40°·
===-1.
(2)计算:(1+tan 13°)(1+tan 17°)(1+tan 28°)·(1+tan 32°)=________.
答案 4
解析 ∵1=tan 45°=tan(13°+32°)
=,
∴tan 13°+tan 32°=1-tan 13°tan 32°,
即tan 13°+tan 32°+tan 13°tan 32°=1,
∴(1+tan 13°)(1+tan 32°)=1+tan 13°+tan 32°+tan 13°tan 32°=2,
同理可得(1+tan 17°)(1+tan 28°)=2.
∴(1+tan 13°)(1+tan 17°)(1+tan 28°)(1+tan 32°)=4.
角度2 给值求值
例3 (1)(2023·新高考Ⅰ卷)已知sin(α-β)=,cos αsin β=,则cos(2α+2β)=( )
A. B. C.- D.-
答案 B
解析 依题意,得
所以sin αcos β=,
所以sin(α+β)=sin αcos β+cos αsin β
=+=,
所以cos(2α+2β)=1-2sin2(α+β)
=1-2×=.
(2)(2021·全国甲卷)若α∈,tan 2α=,则tan α=( )
A. B. C. D.
答案 A
解析 因为tan 2α==,
且tan 2α=,
所以=,解得sin α=.
因为α∈,
所以cos α=,tan α==.
角度3 给值求角
例4 已知α,β均为锐角,cos α=,sin β=,则cos 2α=________,2α-β=________.
答案
解析 因为cos α=,
所以cos 2α=2cos2α-1=.
又因为α,β均为锐角,sin β=,
所以sin α=,cos β=,
因此sin 2α=2sin αcos α=,
所以sin(2α-β)=sin 2αcos β-cos 2αsin β
=×-×=.
因为α为锐角,所以0<2α<π.
又cos 2α>0,所以0<2α<,
又β为锐角,所以-<2α-β<,
又sin(2α-β)=,所以2α-β=.
感悟提升 1.给值(角)求值问题求解的关键在于“变角”,使其角相同或具有某种关系,借助角之间的联系寻找转化方法.
2.给值(角)求值问题的一般步骤
(1)化简条件式子或待求式子;
(2)观察条件与所求之间的联系,从函数名称及角入手;
(3)将已知条件代入所求式子,化简求值.
训练2 (1)(2024·武汉调研)已知sin αsin=3cos αsin,则cos=( )
A.- B.-1 C. D.
答案 C
解析 sin αsin=sin αsin
=sin αcos=3cos αsin,
所以tan α=3tan,
则tan α=3·=,
所以tan2α+2tan α+3=0,
则tan α=-,故tan=-,
所以cos=
==.
(2)(2024·盐城模拟)=____.
答案 -
解析 法一
==
==-.
法二 =
==-.
(3)(2024·烟台调研)若<β<π<α<,且cos(α+β)=-,sin 2β=,则α-β=______.
答案
解析 因为<β<π,所以<2β<2π.
sin 2β=>0,所以<2β<π,
所以<β<,所以-<-β<-,
因为π<α<,
所以<α-β<,<α+β<2π.
因为<2β<π,sin 2β=,
所以cos 2β=-.
因为cos(α+β)=-,
所以sin(α+β)=-.
所以sin(α-β)=sin[(α+β)-2β]
=sin(α+β)cos 2β-cos(α+β)sin 2β
=-×-×=,
所以α-β=.
考点三 三角恒等变换的综合应用
例5 已知函数f(x)=sin+·cos.
(1)求函数f(x)在区间上的最值;
(2)若cos θ=,θ∈,求f(2θ+)的值.
解 (1)由题意得
f(x)=sin+cos
=×
=-sin.
因为x∈,所以x-∈,
所以sin∈,
所以-sin∈,
即函数f(x)在区间上的最大值为,最小值为-.
(2)因为cos θ=,θ∈,
所以sin θ=-,
所以sin 2θ=2sin θcos θ=-,
所以cos 2θ=cos2θ-sin2θ=-=,
所以f=-sin
=-sin=-(sin 2θ-cos 2θ)
=(cos 2θ-sin 2θ)=×=.
感悟提升 1.进行三角恒等变换要抓住:变角、变函数名称、变结构,尤其是角之间的关系;注意公式的逆用和变形使用.
2.形如y=asin x+bcos x化为y=·sin(x+φ),可进一步研究函数的性质.
训练3 已知f(x)=sin+
2sin·cos.
(1)求f的值;
(2)若锐角α满足f(α)=,求sin 2α的值.
解 (1)由题意得
f(x)=sin+2sincos
=sin-2sincos
=sin-2sincos
=sin-sin
=sin 2xcos -cos 2xsin +cos 2x
=sin 2x+cos 2x
=sin,
故f=sin=0.
(2)∵α∈,∴2α+∈,
又∵f(α)=,∴f(α)=sin=,
又∵sin=<,
∴2α+∈,
∴cos=-=-,
∴sin 2α=sin
=sincos -cossin
=×+×=.
【A级 基础巩固】
1.(2024·武汉质检)已知tan α=,则=( )
A.-2 B.- C. D.2
答案 D
解析 因为tan α=,所以====2.
2.(2024·宝鸡模拟)sin 15°cos 45°+sin 105°sin 135°=( )
A. B. C. D.1
答案 C
解析 因为sin 105°=sin(90°+15°)=cos 15°,
sin 135°=sin(180°-45°)=sin 45°,
所以sin 15°cos 45°+sin 105°sin 135°=sin 15°cos 45°+cos 15°sin 45°=sin(15°+45°)=sin 60°=.
3.(2023·新高考Ⅱ卷)已知α为锐角,cos α=,则sin =( )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 法一 由题意,cos α==1-2sin2,
得sin2===,
又α为锐角,所以sin>0,
所以sin=.
法二 由题意,cos α==1-2sin2,得sin2=,将选项逐个代入验证可知D选项满足.
4.(2024·西安模拟)我国古代天文学家僧一行在《太衍历》中建立了晷影长l与太阳天顶距θ(0°≤θ≤180°)的对应数表,这是世界上较早的一张正切函数表.根据三角学知识可知,晷影长l等于表高h与太阳天顶距θ正切值的乘积,即l=htan θ.对同一“表高”两次测量,第一次和第二次的太阳天顶距分别为α,β,且tan(α-β)=,若第二次的“晷影长”与“表高”相等,则第一次的“晷影长”是“表高”的( )
A.1倍 B.2倍 C.3倍 D.4倍
答案 B
解析 依题意,tan β=1,
则tan α=tan[(α-β)+β]===2,
所以第一次的“晷影长”是“表高”的2倍.
5.(2024·东北三校联考)若sin+cos 2α=,则tan α=( )
A. B.1 C.2- D.2+
答案 C
解析 由sin+cos 2α=,
可得sin 2αcos +cos 2αsin +cos 2α=,
所以=,
即sin=1,
解得2α+=+2kπ,k∈Z,
即α=+kπ,k∈Z,
则tan α=tan=tan =tan
===2-.
6.(2024·河北省级联测)若α∈,=,则cos=( )
A. B. C. D.0
答案 C
解析 由=,
得3(1+tan2α)=8×
=8×,
则3(1+tan2α)2=8-8tan2α,
解得tan2α=(负值舍去).
因为α∈,所以tan α=,
所以α=,所以cos=cos =.
7.(多选)下列各式与tan α相等的是( )
A.
B.·(α∈(0,π))
C.
D.
答案 BC
解析 A中,===|tan α|;
B中,因为α∈(0,π),
所以原式=·==tan α;
C中,==tan α;
D中,==.故选BC.
8.求值:=________.
答案 8
解析 原式=
==
==8.
9.(2024·青岛调研)已知sin α+sin β=1,cos α+cos β=,则cos(α-β)=________.
答案
解析 因为sin α+sin β=1,cos α+cos β=,
故(sin α+sin β)2=sin2α+sin2β+2sin αsin β=1,
(cos α+cos β)2=cos2α+cos2β+2cos αcos β=2,
以上两式相加可得
2+2sin αsin β+2cos αcos β=3,
即2(sin αsin β+cos αcos β)=1,
故cos(α-β)=.
10.已知α∈,tan =,则α=________.
答案
解析 由tan ==,得
sin =cos ,
∴sin cos α+sin cos
=cos sin α-cos sin ,
即sin cos +cos sin
=cos sin α-sin cos α,
即sin =sin,
∵α∈,∴α-∈,
∴=α-,得α=+=.
11.化简并求值.
(1);
(2)·.
解 (1)原式=
=
=
====.
(2)原式=
=
==
==32.
12.(2024·舟山调研)已知2sin α=2sin2-1.
(1)求sin αcos α+cos 2α的值;
(2)已知α∈(0,π),β∈,且tan2β-6tan β=1,求α+2β的值.
解 (1)由已知得2sin α=-cos α,
所以tan α=-.
sin αcos α+cos 2α=
==.
(2)由tan2β-6tan β=1,
可得tan 2β==-,
则tan(α+2β)=
==-1.
因为β∈,所以2β∈(0,π),
又tan 2β=->-,则2β∈,
因为α∈(0,π),tan α=->-,
则α∈,则α+2β∈,
所以α+2β=.
【B级 能力提升】
13.(2024·广东大联考)设sin 20°=m,cos 20°=n,则-=( )
A. B.- C. D.-
答案 A
解析 法一 -
=-
=-
=-
=-==.
法二 =
=tan 55°==,
原式=-==.
14.(多选)(2024·湖南名校联考)已知cos(α+β)=-,cos 2α=-,其中α,β为锐角,以下判断正确的是( )
A.sin 2α= B.cos(α-β)=
C.cos αcos β= D.tan αtan β=
答案 AC
解析 由题意,易得α+β∈,2α∈,
所以sin 2α==,故A正确;
sin(α+β)==,
所以cos(α-β)=cos[2α-(α+β)]
=cos 2αcos(α+β)+sin 2αsin(α+β)
=×+×=,故B错误;
cos αcos β=[cos(α+β)+cos(α-β)]=×=,故C正确;
sin αsin β=[cos(α-β)-cos(α+β)]=×=,
所以tan αtan β==,故D错误.
15.(2024·河南部分学校联考)写出使等式+=2成立的一个α的值________.
答案 (答案不唯一)
解析 由+
=
==2,
得sin=sin,
所以+=(2k+1)π(k∈Z),
解得α=kπ+(k∈Z),
当k=0时,α=,
所以可取α=(答案不唯一).
16.(2024·长春质检)(1)已知tan(α+β)=,tan=,求tan;
(2)已知cos 2θ=-,<θ<,求sin 4θ,cos 4θ;
(3)已知sin(α-2β)=,cos(2α-β)=-,且0<β<<α<,求α+β的值.
解 (1)因为tan(α+β)=,tan=,
所以tan=tan
=
==.
(2)由<θ<,得<2θ<π,
∴sin 2θ==,
sin 4θ=2sin 2θcos 2θ=2××=-,
cos 4θ=2cos22θ-1=2×-1
=-1=.
(3)由0<β<<α<,
得0<2β<,-<-2β<0,
则-<α-2β<.
因为sin(α-2β)=>0,
所以cos(α-2β)===.
由0<β<<α<,
得<2α<π,-<-β<0,
则<2α-β<π,
因为cos(2α-β)=-,
所以sin(2α-β)=.
因为<α+β<,
又cos(α+β)=cos[(2α-β)-(α-2β)]
=cos(2α-β)cos(α-2β)+sin(2α-β)sin(α-2β)
=-×+×=,
所以α+β=.第4节 简单的三角恒等变换
考试要求 1.会根据相关公式进行化简和求值. 2.会利用三角函数式的化简与求值解决一些简单的问题.
考点一 三角函数式的化简
例1 化简:(1)=________________________.
(2)·=___________________________.
感悟提升 1.三角函数式的化简要遵循“三看”原则:一看角,二看名,三看式子结构与特征.
2.三角函数式的化简要注意观察条件中角之间的联系(和、差、倍、互余、互补等),寻找式子和三角函数公式之间的共同点.
训练1 (1)2+等于( )
A.2cos 2 B.2sin 2
C.4sin 2+2cos 2 D.2sin 2+4cos 2
(2)已知0<θ<π,则=________.
考点二 三角函数式的求值
角度1 给角求值
例2 (1)sin 40°(tan 10°-)等于( )
A.2 B.-2
C.1 D.-1
(2)计算:(1+tan 13°)(1+tan 17°)(1+tan 28°)(1+tan 32°)=________.
角度2 给值求值
例3 (1)(2023·新高考Ⅰ卷)已知sin(α-β)=,cos αsin β=,则cos(2α+2β)=( )
A. B.
C.- D.-
(2)(2021·全国甲卷)若α∈,tan 2α=,则tan α=( )
A. B.
C. D.
角度3 给值求角
例4 已知α,β均为锐角,cos α=,sin β=,则cos 2α=________,2α-β=________.
感悟提升 1.给值(角)求值问题求解的关键在于“变角”,使其角相同或具有某种关系,借助角之间的联系寻找转化方法.
2.给值(角)求值问题的一般步骤
(1)化简条件式子或待求式子;
(2)观察条件与所求之间的联系,从函数名称及角入手;
(3)将已知条件代入所求式子,化简求值.
训练2 (1)(2024·武汉调研)已知sin αsin=3cos αsin,则cos=( )
A.- B.-1
C. D.
(2)(2024·盐城模拟)=____________________.
(3)(2024·烟台调研)若<β<π<α<,且
cos(α+β)=-,sin 2β=,则α-β=_____________.
考点三 三角恒等变换的综合应用
例5 已知函数f(x)=sin+·cos.
(1)求函数f(x)在区间上的最值;
(2)若cos θ=,θ∈,求f(2θ+)的值.
感悟提升 1.进行三角恒等变换要抓住:变角、变函数名称、变结构,尤其是角之间的关系;注意公式的逆用和变形使用.
2.形如y=asin x+bcos x化为y=sin(x+φ),可进一步研究函数的性质.
训练3 已知f(x)=sin+2sin·cos.
(1)求f的值;
(2)若锐角α满足f(α)=,求sin 2α的值.
(共52张PPT)
第四章 三角函数、解三角形
第4节 简单的三角恒等变换
1.会根据相关公式进行化简和求值.
2.会利用三角函数式的化简与求值解决一些简单的问题.
目 录
CONTENTS
考点聚焦突破
01
课时分层精练
02
考点聚焦突破
1
KAODIANJUJIAOTUPO
考点一 三角函数式的化简
感悟提升
1.三角函数式的化简要遵循“三看”原则:一看角,二看名,三看式子结构与特征.
2.三角函数式的化简要注意观察条件中角之间的联系(和、差、倍、互余、互补等),寻找式子和三角函数公式之间的共同点.
B
∴sin 2+cos 2>0,
∴原式=2(sin 2+cos 2)-2cos 2=2sin 2.
-cos θ
考点二 三角函数式的求值
D
(2)计算:(1+tan 13°)(1+tan 17°)(1+tan 28°)·(1+tan 32°)=________.
4
∴tan 13°+tan 32°=1-tan 13°tan 32°,
即tan 13°+tan 32°+tan 13°tan 32°=1,
∴(1+tan 13°)(1+tan 32°)=1+tan 13°+tan 32°+tan 13°tan 32°=2,
同理可得(1+tan 17°)(1+tan 28°)=2.
∴(1+tan 13°)(1+tan 17°)(1+tan 28°)(1+tan 32°)=4.
B
A
感悟提升
1.给值(角)求值问题求解的关键在于“变角”,使其角相同或具有某种关系,借助角之间的联系寻找转化方法.
2.给值(角)求值问题的一般步骤
(1)化简条件式子或待求式子;
(2)观察条件与所求之间的联系,从函数名称及角入手;
(3)将已知条件代入所求式子,化简求值.
C
考点三 三角恒等变换的综合应用
感悟提升
课时分层精练
2
KESHIFENCENGJINGLIAN
D
C
解析 因为sin 105°=sin(90°+15°)=cos 15°,
sin 135°=sin(180°-45°)=sin 45°,
所以sin 15°cos 45°+sin 105°sin 135°=sin 15°cos 45°+cos 15°sin 45°
D
B
所以第一次的“晷影长”是“表高”的2倍.
C
C
BC
8
故(sin α+sin β)2=sin2α+sin2β+2sin αsin β=1,
(cos α+cos β)2=cos2α+cos2β+2cos αcos β=2,
以上两式相加可得2+2sin αsin β+2cos αcos β=3,
即2(sin αsin β+cos αcos β)=1,
解 由已知得2sin α=-cos α,
A
AC对点练4 简单的三角恒等变换
【A级 基础巩固】
1.(2024·武汉质检)已知tan α=,则=( )
A.-2 B.-
C. D.2
2.(2024·宝鸡模拟)sin 15°cos 45°+sin 105°sin 135°=( )
A. B.
C. D.1
3.(2023·新高考Ⅱ卷)已知α为锐角,cos α=,则sin =( )
A. B.
C. D.
4.(2024·西安模拟)我国古代天文学家僧一行在《太衍历》中建立了晷影长l与太阳天顶距θ(0°≤θ≤180°)的对应数表,这是世界上较早的一张正切函数表.根据三角学知识可知,晷影长l等于表高h与太阳天顶距θ正切值的乘积,即l=htan θ.对同一“表高”两次测量,第一次和第二次的太阳天顶距分别为α,β,且tan(α-β)=,若第二次的“晷影长”与“表高”相等,则第一次的“晷影长”是“表高”的( )
A.1倍 B.2倍
C.3倍 D.4倍
5.(2024·东北三校联考)若sin+cos 2α=,则tan α=( )
A. B.1
C.2- D.2+
6.(2024·河北省级联测)若α∈,=,则cos=( )
A. B.
C. D.0
7.(多选)下列各式与tan α相等的是( )
A.
B.·(α∈(0,π))
C.
D.
8.求值:=________.
9.(2024·青岛调研)已知sin α+sin β=1,cos α+cos β=,则cos(α-β)=________.
10.已知α∈,tan =,则α=________.
11.化简并求值.
(1);
(2)·.
12.(2024·舟山调研)已知2sin α=2sin2-1.
(1)求sin αcos α+cos 2α的值;
(2)已知α∈(0,π),β∈,且tan2β-6tan β=1,求α+2β的值.
【B级 能力提升】
13.(2024·广东大联考)设sin 20°=m,cos 20°=n,则-=( )
A. B.-
C. D.-
14.(多选)(2024·湖南名校联考)已知cos(α+β)=-,cos 2α=-,其中α,β为锐角,以下判断正确的是( )
A.sin 2α= B.cos(α-β)=
C.cos αcos β= D.tan αtan β=
15.(2024·河南部分学校联考)写出使等式+=2成立的一个α的值________.
16.(2024·长春质检)(1)已知tan(α+β)=,tan=,求tan;
(2)已知cos 2θ=-,<θ<,求sin 4θ,cos 4θ;
(3)已知sin(α-2β)=,cos(2α-β)=-,且0<β<<α<,求α+β的值.
对点练4 简单的三角恒等变换
1.D [因为tan α=,
所以====2.]
2.C [因为sin 105°=sin(90°+15°)=cos 15°,
sin 135°=sin(180°-45°)=sin 45°,
所以sin 15°cos 45°+sin 105°sin 135°
=sin 15°cos 45°+cos 15°sin 45°=sin(15°+45°)
=sin 60°=.]
3.D [法一 由题意,cos α==1-2sin2,
得sin2===,
又α为锐角,所以sin>0,
所以sin=.
法二 由题意,cos α==1-2sin2,得sin2=,将选项逐个代入验证可知D选项满足.]
4.B [依题意,tan β=1,则tan α=tan[(α-β)+β]===2,
所以第一次的“晷影长”是“表高”的2倍.]
5.C [由sin+cos 2α=,
可得sin 2αcos +cos 2αsin +cos 2α=,
所以=,
即sin=1,
解得2α+=+2kπ,k∈Z,
即α=+kπ,k∈Z,
则tan α=tan=tan =tan
===2-.]
6.C [由=,
得3(1+tan2α)=8×=8×,
则3(1+tan2α)2=8-8tan2α,
解得tan2α=(负值舍去).
因为α∈,所以tan α=,
所以α=,所以cos=cos =.]
7.BC [A中,===|tan α|;
B中,因为α∈(0,π),
所以原式=·==tan α;
C中,==tan α;
D中,==.故选BC.]
8.8 [原式=====8.]
9. [因为sin α+sin β=1,cos α+cos β=,
故(sin α+sin β)2=sin2α+sin2β+2sin αsin β=1,
(cos α+cos β)2=cos2α+cos2β+2cos αcos β=2,
以上两式相加可得2+2sin αsin β+2cos αcos β=3,
即2(sin αsin β+cos αcos β)=1,
故cos(α-β)=.]
10. [由tan ==,得
sin =cos ,
∴sin cos α+sin cos
=cos sin α-cos sin ,
即sin cos +cos sin =cos sin α-sin cos α,
即sin =sin,
∵α∈,∴α-∈,
∴=α-,得α=+=.]
11.解 (1)原式=
=
=
====.
(2)原式=
=
==
==32.
12.解 (1)由已知得2sin α=-cos α,
所以tan α=-.
sin αcos α+cos 2α===.
(2)由tan2β-6tan β=1,
可得tan 2β==-,
则tan(α+2β)===-1.
因为β∈,所以2β∈(0,π),
又tan 2β=->-,则2β∈,
因为α∈(0,π),tan α=->-,
则α∈,则α+2β∈,
所以α+2β=.
13.A [法一 -
=-
=-
=-
=-==.
法二 =
=tan 55°==,
原式=-==.]
14.AC [由题意,
易得α+β∈,2α∈,
所以sin 2α==,故A正确;
sin(α+β)==,
所以cos(α-β)=cos[2α-(α+β)]
=cos 2αcos(α+β)+sin 2αsin(α+β)
=×+×=,故B错误;
cos αcos β=[cos(α+β)+cos(α-β)]
=×=,故C正确;
sin αsin β=[cos(α-β)-cos(α+β)]
=×=,
所以tan αtan β==,故D错误.]
15.(答案不唯一) [由+=
==2,
得sin=sin,
所以+=(2k+1)π(k∈Z),
解得α=kπ+(k∈Z),
当k=0时,α=,
所以可取α=(答案不唯一).]
16.解 (1)因为tan(α+β)=,tan=,
所以tan=tan
=
==.
(2)由<θ<,得<2θ<π,
∴sin 2θ==,
sin 4θ=2sin 2θcos 2θ=2××=-,
cos 4θ=2cos22θ-1=2×-1=-1=.
(3)由0<β<<α<,
得0<2β<,-<-2β<0,
则-<α-2β<.
因为sin(α-2β)=>0,
所以cos(α-2β)===.
由0<β<<α<,
得<2α<π,-<-β<0,
则<2α-β<π,
因为cos(2α-β)=-,所以sin(2α-β)=.
因为<α+β<,
又cos(α+β)=cos[(2α-β)-(α-2β)]
=cos(2α-β)cos(α-2β)+sin(2α-β)sin(α-2β)
=-×+×=,
所以α+β=.
