三角恒等变换知识讲解(基础)

巡山小妖精
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2020年08月15日 10:19
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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】






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
(



)
)

1tan

tan


2
k

(kZ)

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)

1tan
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

12sin

;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



k

(kZ)
时才成
22

3

是的二倍

3
< br>是

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
1cos2

2

sin



2
1cos2

2

cos


.
2
2tan

万能公式:
sin2



2
1tan

降幂公式:
sin

cos


1tan
2


cos2


.
2
1tan

半角公 式:
sin

2

1cos


2
1cos


2
1cos

.
1cos


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

1cos

(

2k



),tan(
k

),kZ
,这两
1cos

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

ABC
,知
A

(BC)
可得出:
sinAsin(BC)

cosAcos(BC)
.

A

(BC)A(BC)A(BC)

,有:
s incos

cossin
.
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

1sin


515
.
,sin

1cos
2


34
5121 5
2155
.
()
3434
12


在第一象限而

在第二象限时,
cos(



)cos

cos

sin

sin




在第一象限而

在第三象限时,
cos(



)
512152155
. < br>()()
343412


在第二象限而
在第二象限时,
512152155
.
)()
34341 2


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 52155
.
)()()
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>

tan

是方程
2xx60
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

.
1tan

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)
sin13cos17sin13cos17

(2)
sin15cos15sin15cos15

(3)
sin18cos12sin18cos12

(4)< br>sin
2
(18)cos
2
48sin(18)cos 48

(5)
sin
2
(25)cos
2
55sin(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
sin15cos15sin15cos151
Ⅱ. 证明:
sin
2

cos
2
(30

)sin

cos(30

)

22
22
22
22
13
sin30

24
sin
2

(cos30cos

sin3 0sin

)
2
sin

(cos30cos

sin30sin

)

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(



)1cos
2
(



)1()
2


1313
34
cos(



)1sin
2
(



)1()
2


55

< p>
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


是第二象限角,得< br>tan



54
【解析】由
sin



(



)




tan

tan[(



)

]
tan(



)tan

7
.
1tan(



)tan

tan2


2tan

7

2
1tan

24
【变式2】函数
y23sin (70x)2cos(10x)
的最大值为( )
A.
23
B.
4
C.
2
D.
223

【答案】C;
【解析】∵
70x60(10x)

原式23[sin60cos(10x)cos60sin(10x)]2cos(10x)< br>cos(10x)3sin(10x)
2sin(40x)
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)
sin43cos13cos43sin13

(2)
2cosx6sinx

1tan15

1tan15
44
(4)
(sin23cos8sin67cos98)(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(4313)sin30
(2)原式
22(c osx
1

2
13
sinx)22(sin30cosxc os30sinx)22sin(30x)

22
tan45tan15
tan(4515)tan603
; (3)原式

1tan45tan15


(4)原式
(s in23cos8cos23sin8)(sin
2
730

cos2
730

)(sin
2
730

cos< br>2
730

)

sin(238)(cos
2
730

sin
2
730

)

11
sin15cos15sin30
.
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
sin163sin223sin253sin313
.
【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

12sin


例4. 求值:
(1)
cos3 6cos72
;(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)
cos20cos40cos80
;(2)
sin10sin30sin50s 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
22sin208sin20
sin160
0
1

=
8sin20
0
811
0
1
00000
(2)
sin10sin30sin5 0sin70cos80cos40cos20cos20cos40cos80

2216

类型三:变用公式
例5.求值:
(1)
ta n20tan403tan20tan40
;(2)
(1tan1
0
) (1tan2
0
)
【思路点拨】通过正切公式
tan(



)
0000
(1tan43
0
)(1tan44
0
)

tan

tan

,注意到tan

tan

,tan

tan

1tan

tan

tan(



)
之间的联系.
【解析】
tan20
0
tan40
0
3
, (1)
ta n60=tan(2040)
1tan20
0
tan40
0
0 00
tan20
0
tan40
0
3(1tan20
0
tan40
0
)


原式
3(1tan20
0
tan40
0
)3tan20
0
tan40
0
3
.
tan

tan


1t an

tan

(1tan

)(1tan

)2

(1tan

)(1tan

)2

(2 )



45,1
0
(1tan1
0< br>)(1tan44
0
)2,(1tan2
0
)(1tan43
0
)2,

(1tan1
0
)(1tan2
0
)(1tan43
0
)(1tan44
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


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:
tan451

sin

cos

1
.
举一反三:
【变式1】求值:
tan22tan23tan22tan23
= .
【答案】1
【变式2】在
ABC
中,
tanBtanC 3tanBtanC3
,
3tanA3tanB1tanAtanB
,< br>22


试判断
ABC
的形状.
【答案】等腰三角形
【解析】由已知得
tanBtanC3(1tanBtanC)
,
3 (tanAtanB)(1tanAtanB)
,

tanBtanC
tanAtanB3
3
,,
 
1tanBtanC
1tanAtanB3
tan(BC)3

tan(AB)
3

3
0BC

,0AB

,
BC

ABC

,故
A

ABC
是顶角为

3
,AB5

,

6
2

,BC
,
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(13tan10)
;(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
cos103sin10

sin50
cos10
0
0000
0
sin30cos10c 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


1cos2

1c os2

2

sin


.
22
举一反三:
【变式1】化简:
(1)
tan15cot15
;(2)
【答案】
1
13
0
tan10
; (3)

0
cos50
sin10sin80
sin15cos15sin
2
15 cos
2
152
4
; (1)原式=
cos15si n15cos15sin15sin30
13cos103sin104sin(3010 )
(2)原式=
4

sin10cos10sin10cos10 sin20
1sin10
0
1sin10
0
2cos40cos 80


(3)原式=
0
0000
sin80cos50cos10sin40sin80
cos402cos60
0
co s202cos30cos10
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

1cos


525
3

1
sin2sin< br>2

5

1
.
2

2

1cos

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>

1tan(



)tan
3




(0,

)
,故
< br>(0,

tan



2
)

1



(0,

)
,故
< br>(,

)

72
从而


< br>


0

1



tan(



)0







,而
0



222
2









(

,0)

tan

tan (



)

tan(2



)tan[

(



)]1

1tan

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(



)

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