三角恒等变换知识讲解(基础)
暗度陈仓的意思-近三年个人工作总结
三角恒等变换
【考纲要求】
1、会用向量的数量积推导出两角差的余弦公式.
2、能利用两角差的余弦公式导出两角差的正弦、正切公式.
3、能利用两角差的余弦公式导
出两角和的正弦、余弦、正切公式,导出二倍角的正弦、余弦、正切
公式,了解它们的内在联系. 4、能运用上述公式进行简单的恒等变换(包括导出积化和差、和差化积、半角公式,但对这三组公
式不要求记忆).
【知识网络】
三
角
恒
等
变
换
两角和与差的
三角函数公式
C
C
S
S
S
2
T
T
T
2
简单的三角
恒等变换
倍角公式
C
2
【考点梳理】
考点一、两角和、差的正、余弦公式
sin(
)
sin
cos
cos
sin
(
S
(
)
)
cos(
<
br>
)cos
cos
sin
sin
(C
(
)
)
tan(
)
要点诠释:
1.公式的适用条件(定义域) :前两个公式
S
(
)
,
C
(
)
对任意实数α
,β都成立,这表明该公式是R
上的恒等式;公式
T
(
)
③中
,
R,且
、
、
tan
tan
(T
(
)
)
1tan
tan
2
k
(kZ)
2.正向用公式
S
(
)
,C
(
)
,能把和差角
(
)
的弦函数表示成单角α,β的弦函数;反向用,能把
右边结构复杂
的展开式化简为和差角
(
)
的弦函数。公式
T
(
)
正向用是用单角的正切值表示和差角
(
)
的正切值化简。
考点二、二倍角公式
1. 在两角和的三角函数公式
S
(
),C
(
)
,T
(
)
中,当
时,就可得到二倍角的三角函数
公式
S
2
,C
2
,T
2
<
br>:
sin2
2sin
cos
(S
2
)
;
cos2
cos
2
sin
2
(C
2
<
br>)
;
tan2
2tan
(T)
。
1tan
2
2
要点诠释:
1.在公式S
2
,C
2
中,角α没有限制,但公式
T
2
中,只有当
立;
2. 余弦的二倍角公
式有三种:
cos2
cos
sin
=<
br>2cos
1
=
12sin
;解题对应根据<
br>不同函数名的需要,函数不同的形式,公式的双向应用分别起缩角升幂和扩角降幂的作用。
3.
二倍角公式不仅限于2α和α的二倍的形式,其它如4α是2α的二倍,
2222
4
k
和
k
(kZ)
时才成
22
3
是的二倍
,
3
<
br>是
的
242
二倍等等,要熟悉这多种形式的两个角相对二倍关系,才能熟练地应
用二倍角公式,这是灵活运用这些公
式的关键。
考点三、二倍角公式的推论
1
sin2
;
2
1cos2
2
sin
;
2
1cos2
2
cos
.
2
2tan
万能公式:
sin2
;
2
1tan
降幂公式:
sin
cos
1tan
2
cos2
.
2
1tan
半角公
式:
sin
2
1cos
;
2
1cos
;
2
1cos
.
1cos
所在的象限决定.
2
cos
2
tan
2
其中根号的符号由
要点诠释:
(
1)半角公式中正负号的选取由
(2)半角都是相对于某个角来说的,如
所在的象限
确定;
2
3
2
可以看作是3α的半角,2α可以看作是4α的半角等等。
(3)正切半角公式成立的条件是α≠2kπ+π(k∈Z)
正切还有另外两
个半角公式:
tan
2
sin
1cos
(
2k
),tan(
k
),kZ
,这两
1cos
2s
in
个公式不用考虑正负号的选取问题,但是需要知道两个三角函数值。常常用于把正切化为
正余弦的表达式。
考点四、三角形内角定理的变形
由
ABC
,知
A
(BC)
可得出:
sinAsin(BC)
,
cosAcos(BC)
.
而
A
(BC)A(BC)A(BC)
,有:
s
incos
,
cossin
.
2222222
【典型例题】
类型一:正用公式
例1.已知:
sin
21
,cos<
br>,求
cos(
)
的值.
34
2
【思路点拨】直接利用两角差的余弦公式.
【解析】由已知可求得<
br>cos
1sin
515
.
,sin
1cos
2
34
5121
5
2155
.
()
3434
12
当
在第一象限而
在第二象限时,
cos(
)cos
cos
sin
sin
当
在第一象限而
在第三象限时,
cos(
)
512152155
. <
br>()()
343412
当
在第二象限而
在第二象限时,
512152155
.
)()
34341
2
当
在第二象限而
在第三象限时,
cos(
)(
cos(
)(
举一反三:
【变式1】已知
x(
【答案】
5121
52155
.
)()()
343412
【点评】例1是对公
式的正用.当三角函数值的符号无法确定时,注意分类讨论.
2
,0)
,
cosx
4
,则
tan2x
.
5
24
.
7
【变式2】已知
tan(x
【答案
】
4
)2
,则
tanx
.
tan2x
1
9
2
【变式3】已知
tan<
br>
和
tan
是方程
2xx60
的两个根,求
tan(
)
的值.
【答案】
1
8
1
,
tan
tan
3
,
2
【解
析】由韦达定理,得
tan
tan
∴
tan(
)
tan
tan
1
.
1tan
tan
8
【变式4】某同学在一次研究性学习中发现,以下五个式子的值都等于同一个常数.
(1)
sin13cos17sin13cos17
(2)
sin15cos15sin15cos15
(3)
sin18cos12sin18cos12
(4)<
br>sin
2
(18)cos
2
48sin(18)cos
48
(5)
sin
2
(25)cos
2
55sin(25)cos55
Ⅰ 试从上述五个式子中选择一个,求出这个常数
Ⅱ 根据(Ⅰ)的计算结果,将该同学的发现推广三角恒等式,并证明你的结论.
【解析】Ⅰ
.选择(2)式计算如下
sin15cos15sin15cos151
Ⅱ.
证明:
sin
2
cos
2
(30
)sin
cos(30
)
22
22
22
22
13
sin30
24
sin
2
(cos30cos
sin3
0sin
)
2
sin
(cos30cos
sin30sin
)
33131
sin<
br>2
cos
2
sin
cos
sin
2
sin
cos
sin
2
42422
3
2
33
si
n
cos
2
444
3123
例2.已知
,<
br>cos(
)
,
sin(
)
,求
sin2
的值.
24135<
br>
【思路点拨】注意到
2
(
)(
)
,将
(
)
,
(
)
看做一个整体来运用公
式.
【解析】
3
3
,
0
,<
br>
,
2442
125
sin(
)1cos
2
(
)1()
2
,
1313
34
cos(
)1sin
2
(
)1()
2
,
55
sin2
sin[(
)(
)]
sin(
)co s(
)cos(
)sin (
)
31245
()
513513
56
65
【点评】1、给出某些角的三角函数式的值,求 另外一些角的三角函数值,解题关键在于“变角”,例2中
应用了
2
(< br>
)(
)
的变换 , 体现了灵活解决问题的能力,应着重体会,常见的变换技巧还有
(
< br>
)
,
,
[(
)(
)]
,
2
(
)(
)
, < br>1
2
4
(
)
等.
24
2、已知某一个(或两个)角的三角函数值,求另 一个相关角的三角函数值,基本的解题策略是从“角
的关系式”入手切入或突破.角的关系主要有互余( 或互补)关系,和差(为特殊角)关系,倍半关系等.
对于比较复杂的问题,则需要两种关系的混合运用 .
举一反三:
【变式1】已知
sin
【答案】
3
,
是第二象限角,且
tan(
)1
,求
tan2
的值.
5
7
24
33
且
是第二象限角,得< br>tan
,
54
【解析】由
sin
∵
(
)
,
∴
tan
tan[(
)
]
tan(
)tan
7
.
1tan(
)tan
tan2
2tan
7
2
1tan
24
【变式2】函数
y23sin (70x)2cos(10x)
的最大值为( )
A.
23
B.
4
C.
2
D.
223
【答案】C;
【解析】∵
70x60(10x)
,
原式23[sin60cos(10x)cos60sin(10x)]2cos(10x)< br>cos(10x)3sin(10x)
2sin(40x)
所以其最大值为 2,故选C.
【变式3】已知
cos(
.
4
),且,求cos(2+)的值.
125212
【答案】
312
50
【解析
】角的关系式:
2
12124
4
3
∵
cos(),且
,∴
sin(
)
1252125
24
∴
sin2(
)
2sin(
)cos(
)
12121225
7
cos2(
)2cos
2<
br>(
)1
12122
5
∴
cos(2
+
2(
)
(和差与倍半的综合关系)
12
).cos[2(<
br>
12
)
4
]
=
2
[cos2(
)sin2(
)]
21212
【变式4】已知
【答案】
2724312
<
br>()
2252550
3
335
,
0
,
cos(
)
,
sin(
)
,求
sin(
)
的值。
4445413
4
56
65
【解析】∵
4
)
,
2445
33312
∵
,
∴
cos(
)
。
44413
0
, ∴
sin(
∴
sin(
)cos[
2
(
)]
3
cos[(
)(
)]
44
3
3
[cos(
)cos(
)sin(
)sin(
)]
4444
1235456
()
13513565
类型二:逆用公式
例3.求值:
(1)
sin43cos13cos43sin13
;
(2)
2cosx6sinx
;
1tan15
;
1tan15
44
(4)
(sin23cos8sin67cos98)(si
n730
cos730
)
.
(3)
【思路点拨】逆用两角和(差)正(余)弦公式,正切公式.
【解析】 (1)原式=
sin(4313)sin30
(2)原式
22(c
osx
1
;
2
13
sinx)22(sin30cosxc
os30sinx)22sin(30x)
;
22
tan45tan15
tan(4515)tan603
;
(3)原式
1tan45tan15
(4)原式
(s
in23cos8cos23sin8)(sin
2
730
cos2
730
)(sin
2
730
cos<
br>2
730
)
sin(238)(cos
2
730
sin
2
730
)
11
sin15cos15sin30
.
24
【点评】
①把式中某函数作适当的转换之后,再逆用两角和(差)正(余)弦公
式,二倍角公式等,即所谓“逆
用公式”。
②辅助角公式:
asin
bcos
举一反三:
【变式1】化简
sin163sin223sin253sin313
.
【答案】
a
2
b
2
sin(
)
,其中角
在公式变形过程中自然确定.
1
2
3
,那么
cos2
的值为( )
5<
br>【变式2】已知
sin(
)cos
cos(
)sin
A.
71
8718
B. C.
D.
2525
2525
【答案】A;
【解析】∵
sin(
)cos
cos(
<
br>)sin
sin[(
)
]sin(
)sin
∴
cos2
12sin
例4. 求值:
(1)
cos3
6cos72
;(2)
cos
2
3
,
5
7
.
25
23
cos
cos
777
【思路点拨】要使能利用公式化简,分子分母同乘以第一个角的正弦值.
【解析】
sin36
0
cos36
0
cos72
0
1sin72
0
cos72
0
1sin144
0
1
; (1)原式=
sin36
0
2sin36
0
4sin36
0
4
(2)原式=
cos
24
<
br>24
cos
cos(
)cos
cos
cos
777777
24
sincoscos
cos
7777
sin
7
224
sin
cos
co
s
777
2sin
8
s
in
7
...
8sin
1
8
7
7
【点评】此种类型题比较特殊,特殊在:①余弦相乘;②后
一个角是前一个角的2倍;③最大角的2
倍与最小角的和与差是。三个条件缺一不可。
另外需要注意2的个数。应看到掌握了这些方法后可解决
一类问题,若通过恰当的转化,转化成具有这种
特征的结构,则可考虑采用这个方法。
举一反三:
【变式】求值:
(1)
cos20cos40cos80
;(2)
sin10sin30sin50s
in70
.
【答案】(1)
【解析】
11
;(2)
8
16
2sin20
cos20
cos40
cos80
(1)原式=
2sin20
2sin40
0
cos40
0
cos80
0
2sin80
0cos80
0
=
00
22sin208sin20
sin160
0
1
=
8sin20
0
811
0
1
00000
(2)
sin10sin30sin5
0sin70cos80cos40cos20cos20cos40cos80
2216
类型三:变用公式
例5.求值:
(1)
ta
n20tan403tan20tan40
;(2)
(1tan1
0
)
(1tan2
0
)
【思路点拨】通过正切公式
tan(
)
0000
(1tan43
0
)(1tan44
0
)
tan
tan
,注意到tan
tan
,tan
tan
与
1tan
tan
tan(
)
之间的联系.
【解析】
tan20
0
tan40
0
3
, (1)
ta
n60=tan(2040)
1tan20
0
tan40
0
0
00
tan20
0
tan40
0
3(1tan20
0
tan40
0
)
原式
3(1tan20
0
tan40
0
)3tan20
0
tan40
0
3
.
tan
tan
,
1t
an
tan
(1tan
)(1tan
)2
,
(1tan
)(1tan
)2
(2
)
45,1
0
(1tan1
0<
br>)(1tan44
0
)2,(1tan2
0
)(1tan43
0
)2,
(1tan1
0
)(1tan2
0
)(1tan43
0
)(1tan44
0
)2
2
2
.
【点评】本题是利用了两角和正切公式的变形,找出
tan
tan
,tan
tan
与
tan(
)
三者间
的关系,进行转化,即所谓“变用公式”解决问题
;变用公式在一些解三角问题中起着重要作用,需灵活
掌握.但它是以公式原型为基础,根据题目需要而
采取的办法,如:
tan451
,
sin
cos
1
.
举一反三:
【变式1】求值:
tan22tan23tan22tan23
=
.
【答案】1
【变式2】在
ABC
中,
tanBtanC
3tanBtanC3
,
3tanA3tanB1tanAtanB
,<
br>22
试判断
ABC
的形状.
【答案】等腰三角形
【解析】由已知得
tanBtanC3(1tanBtanC)
,
3
(tanAtanB)(1tanAtanB)
,
即
tanBtanC
tanAtanB3
3
,,
1tanBtanC
1tanAtanB3
tan(BC)3
,
tan(AB)
3
,
3
0BC
,0AB
,
BC
又
ABC
,故
A
故
ABC
是顶角为
3
,AB5
,
6
2
,BC
,
36
2
的等腰三角形.
3
类型四:三角函数式的化简与求值
例6. 化简:
(1)<
br>sin50(13tan10)
;(2)
2cos
2
1
2tan(
)sin(
)
44
2
【思路点拨】(1)中函数有正弦有正切,一般将切化弦处理;(2)中有
平方,而且角度之间也有关系,
(
)(
)
,所
以要用二倍角公式降次.
442
【解析】
3sin10
0
(1)原式
sin50(1)
cos10
0
00
0
cos103sin10
sin50
cos10
0
0000
0
sin30cos10c
os30sin10
=
2sin50
cos10
0
0<
br>2cos40
0
sin40
0
0
sin40
2si
n50
0
cos10cos10
0
00
sin80c
os10
1
cos10
0
cos10
0
cos2
0
(2)原式=
2tan(
)sin
2
[(
)]
424
cos2
2sin(
)
4
cos
2
(
)
4
cos(
)
4
cos2
2sin(
)cos(
)
44
cos2
cos2
sin(2
)
cos2
2
1
【点评】
①三角变换所涉及的公式实际上正是研究了各种组合的角(如和差角,倍半角等)的三角函
数与每一
单角的三角函数关系。因而具体运用时,注意对问题所涉及的角度及角度关系进行观察。 ②三角变换中一般采用“降次”、“化弦”、“通分”的方法;在三角变换中经常用到降幂公式:
cos
2
1cos2
1c
os2
2
,
sin
.
22
举一反三:
【变式1】化简:
(1)
tan15cot15
;(2)
【答案】
1
13
0
tan10
; (3)
0
cos50
sin10sin80
sin15cos15sin
2
15
cos
2
152
4
; (1)原式=
cos15si
n15cos15sin15sin30
13cos103sin104sin(3010
)
(2)原式=
4
;
sin10cos10sin10cos10
sin20
1sin10
0
1sin10
0
2cos40cos
80
(3)原式=
0
0000
sin80cos50cos10sin40sin80
cos402cos60
0
co
s202cos30cos10
3
. =
0
sin80
sin80
3
π
【变式2】若
cos
,且
(0,)
,则
tan
___________. 522
3
π
4
2
【答案】由
cos
,
(0,)
,得
sin
1cos
,
525
3
1
sin2sin<
br>2
5
1
.
2
2
1cos
tan
4
2
cos
2
sin
cos
sin
2
2225
11
,
tan
,且
,
(0,
)
,求
2
的值
.
27
【思路点拨】题设中给出是角的正切值,故考虑
2
正切值的计算,同时通过估算
2
的区间
例7.已知
tan(
)
求出正确的值.
【解析】
tan
tan(
)
tan(
)tan
1<
br>
,
1tan(
)tan
3
而
(0,
)
,故
<
br>(0,
又
tan
2
)
,
1
,
(0,
)
,故
<
br>(,
)
,
72
从而
<
br>
0
,
1
而
tan(
)0
,
,而
0
,
222
2
(
,0)
,
tan
tan
(
)
又
tan(2
)tan[
(
)]1
,
1tan
tan(
)
3
2
4
【点评】对给值
求角问题,一般是通过求三角函数值实现的,先求出某一种三角函数值,再考虑角的
范围,然后得出满足
条件的角.本例就是给值求角,关键是估算
2
的区间,给值求
角一定要将所求
角限制在某个单值区间内,这是关键点也是难点.在本例中使用了配角技巧,
,
2
,这些都要予以注意.
举一反三:
11
,tan
,
,<
br>
为锐角,则
2
的值是( )
73
5
5
A. B.
C. 或 D.
44
44
【变式1】已知
tan
【答案】A
21
tan
,
sin(
)
,求。
35
tan
2
【解析】∵
sin(
)sin
cos
cos<
br>
sin
,
3
1
sin(
)sin
cos
cos
<
br>sin
,
5
137
解得
sin
cos
,
cos
sin
,
3030
tan
sin
cos
13
. ∴tan
cos
sin
7
【变式2】已知
sin(
)