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    备考2024届高考数学一轮复习讲义第四章三角函数第3讲两角和与差的正弦余弦正切公式与二倍角公式

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    这是一份备考2024届高考数学一轮复习讲义第四章三角函数第3讲两角和与差的正弦余弦正切公式与二倍角公式,共7页。

    S(α±β):sin(α±β)=① sinαcsβ±csαsinβ .
    C(α±β):cs(α±β)=② csαcsβ∓sinαsinβ .
    T(α±β):tan(α±β)=③ tanα±tanβ1∓tanαtanβ (α,β,α±β≠kπ+π2,k∈Z).
    注意 在公式T(α±β)中,α,β,α±β都不等于kπ+π2(k∈Z),即保证tan α,
    tan β,tan(α±β)都有意义.
    2.二倍角公式
    S2α:sin 2α=④ 2sinαcsα .
    C2α:cs 2α=⑤ cs2α-sin2α =⑥ 2cs2α-1 =⑦ 1-2sin2α .
    T2α:tan 2α=⑧ 2tanα1-tan2α (α≠kπ+π2且α≠kπ2+π4,k∈Z).
    (1)对于两角和的正弦、余弦、正切公式,分别令β=α,可得二倍角的正弦、余弦、正切公式.
    (2)二倍角是相对的,如α2是α4的2倍,3α是3α2的2倍.
    3.辅助角公式
    asinα+bcsα=a2+b2sin(α+φ)(其中a≠0,sin φ=ba2+b2,cs φ=aa2+b2,tan φ=⑨ ba ).
    规律总结
    1.两角和与差的正切公式的变形
    tan α±tan β=tan(α±β)(1∓tan αtan β);tan α·tan β=1-tanα+tanβtan(α+β)=tanα-tanβtan(α-β)-1.
    2.降幂公式:sin2α=1-cs2α2;cs2α=1+cs2α2;sin αcs α=12sin 2α.
    3.升幂公式:cs 2α=2cs2α-1;cs 2α=1-2sin2α.
    4.其他常用变式
    sin 2α=2tanα1+tan2α;cs 2α=1-tan2α1+tan2α;tanα2=sinα1+csα=1-csαsinα;1+sin 2α=(sin α+cs α)2;1-sin 2α=(sin α-cs α)2.
    规律总结
    1.积化和差
    cs α·cs β=12[cs(α+β)+cs(α-β)];sin α·sin β=-12[cs(α+β)-cs(α-β)];
    sin α·cs β=12[sin(α+β)+sin(α-β)];cs α·sin β=12[sin(α+β)-sin(α-β)].
    2.和差化积
    sin α+sin β=2sinα+β2csα-β2;sin α-sin β=2csα+β2sinα-β2;
    cs α+cs β=2csα+β2csα-β2;cs α-cs β=-2sinα+β2sinα-β2.
    注意 和差化积和积化和差公式不要求记忆,可借助推导过程找规律,先得到积化和差的公式,再通过换元得到和差化积的公式.
    1.[2023北京海淀区月考]若tan(α-5π12)=12,则tan(α-π6)的值为( A )
    A.3B.13C.-3D.-13
    解析 因为tan(α-5π12)=tan[(α-π6)-π4]=tan(α-π6)-11+tan(α-π6)=12,所以tan(α-π6)=3.
    2.已知sin α=1517,α∈(π2,π),则cs(π4-α)的值为 7234 .
    解析 ∵sin α=1517,α∈(π2,π),∴cs α=-1-sin2α=-1-(1517)2=-817,
    ∴cs(π4-α)=cs π4cs α+sin π4sin α=22×(-817)+22×1517=7234.
    3.[全国卷Ⅱ]若sin x=-23,则cs 2x= 19 .
    解析 cs 2x=1-2sin2x=1-2×(-23)2=19.
    4.[易错题]1+tan15°1-tan15°= 3 .
    解析 1+tan15°1-tan15°=tan45°+tan15°1-tan45°tan15°=tan(45°+15°)=tan 60°=3 .
    5.若sin x-3cs x=2sin(x-φ),φ>0,则φ的最小值为 π3 .
    解析 因为sin x-3cs x=2(12sin x-32cs x)=2(sin xcsφ-cs xsinφ),所以cs φ=12,sin φ=32.因为φ>0,所以φ的最小值为π3.
    6.[积化和差]函数f(x)=sin(x+π3)cs x的最小值为 -12+34 .
    解析 因为f(x)=12[sin(x+π3+x)+sin(x+π3-x)]=12sin(2x+π3)+34,所以函数
    f(x)的最小值为-12+34.
    7.[和差化积]在△ABC中, sin A=cs B+cs C,则△ABC的形状是 直角三角形 .
    解析 cs B+cs C=2csB+C2·csB-C2=2sinA2·csB-C2.
    因为sin A=cs B+cs C,所以2sinA2csA2=2sinA2·csB-C2,
    因为sinA2≠0,所以csA2=csB-C2,易得A2与|B-C|2均小于π2,所以A2=|B-C|2,即A=|B-C|,
    所以A+C=B或A+B=C,即π-B=B或π-C=C,即B=π2或C=π2,所以△ABC是直角三角形.
    研透高考 明确方向
    命题点1 和、差、倍角公式的直接应用
    例1 (1)[2023新高考卷Ⅰ]已知sin(α-β)=13,cs αsin β=16,则cs(2α+2β)=( B )
    A.79B.19C.-19D.-79
    解析 依题意,得sinαcsβ-csαsinβ=13,csαsinβ=16,所以sin αcs β=12,所以sin(α+β)=
    sin αcs β+cs αsin β=12+16=23,所以cs(2α+2β)=1-2sin2(α+β)=1-2×(23)2=19,故选B.
    (2)[全国卷Ⅲ]已知2tan θ-tan(θ+π4)=7,则tan θ=( D )
    A.-2B.-1C.1D.2
    解析 由已知得2tan θ-tanθ+11-tanθ=7,得tan θ=2.
    方法技巧
    应用和、差、倍角公式化简求值的策略
    (1)首先要记住公式的结构特征和符号变化规律,例如两角和与差的余弦公式可简记为“同名相乘,符号反”;
    (2)注意与同角三角函数基本关系、诱导公式的综合应用;
    (3)注意配方法、因式分解和整体代换思想的应用.
    训练1 (1)[全国卷Ⅰ]已知α∈(0,π),且3cs 2α-8cs α=5,则sin α=( A )
    A.53B.23C.13D.59
    解析 ∵3cs 2α-8cs α=5,∴3(2cs2α-1)-8cs α=5,∴6cs2α-8cs α-8=0,∴3cs2α-4cs α-4=0,解得cs α=2(舍去)或cs α=-23.∵α∈(0,π),∴sin α=1-cs2α=53.故选A.
    (2)[2024广西玉林市联考]已知cs(α+β)=13,cs αcs β=12,则cs(2α-2β)=( B )
    A.-79B.-19C.19D.79
    解析 由cs(α+β)=cs αcs β-sin αsin β,即13=12-sin αsin β,可得sin α·sin β=16,则cs(α-β)=cs αcs β+sin αsinβ=12+16=23,所以cs(2α-2β)=2cs2(α-β)-1=2×(23)2-1=-19.故选B.
    命题点2 和、差、倍角公式的逆用与变形用
    例2 (1)[2023新高考卷Ⅱ]已知α为锐角,cs α=1+54,则sin α2=( D )
    A.3-58B.-1+58C.3-54D.-1+54
    解析 cs α=1+54=1-2sin2α2,得sin2α2=3-58=6-2516=(5-14)2,又α为锐角,所以sinα2>0,所以sinα2=-1+54,故选D.
    (2)[2021全国卷乙]cs2π12-cs25π12=( D )
    A.12B.33C.22D.32
    解析 解法一 原式=1+cs π62-1+cs 5π62=32-(-32)2=32.
    解法二 因为cs5π12=sin(π2-5π12)=sinπ12,所以cs2π12-cs25π12=cs2π12-sin2π12=
    cs(2×π12)=csπ6=32.故选D.
    (3)[2022新高考卷Ⅱ]若sin(α+β)+cs(α+β)=22cs(α+π4)sin β,则( C )
    A.tan(α-β)=1B.tan(α+β)=1
    C.tan(α-β)=-1D.tan(α+β)=-1
    解析 sin (α+β)+cs (α+β)=2sin (α+β+π4)=22sin βcs (α+π4),所以
    sin(α+π4)cs β+sin βcs(α+π4)=2sin βcs (α+π4),整理得sin(α+π4)cs β-
    sin βcs(α+π4)=0,即sin(α+π4-β)=0,所以α-β+π4=kπ,k∈Z,所以tan(α-β)=tan(kπ-π4)=-1.
    方法技巧
    1.运用两角和与差的三角函数公式时,要熟悉公式的正用、逆用及变形用,如tan α+
    tan β=tan(α+β)·(1-tan αtan β)和二倍角的余弦公式的多种变形等.公式的逆用和变形用更能拓展思路,培养从正向思维向逆向思维转化的能力.
    2.对asinx+bcsx化简时,辅助角φ的值如何求要清楚.
    训练2 (1)在△ABC中,C=120°,tan A+tan B=233,则tan Atan B的值为( B )
    A.14B.13C.12D.53
    解析 解法一 由题意得tan(A+B)=-tan C=-tan 120°=3,所以tan(A+B)=tanA+tanB1-tanAtanB=3,即2331-tanAtanB=3,解得tan Atan B=13,故选B.
    解法二 由已知,可取A=B=30°,则tan Atan B=33×33=13,故选B.
    (2)[2022北京高考]若函数f(x)=Asin x-3cs x的一个零点为π3,则A= 1 ;
    f(π12)= -2 .
    解析 依题意得f(π3)=A×32-3×12=0,解得A=1,所以f(x)=sin x-3cs x=
    2sin(x-π3),所以f(π12)=2sin(π12-π3)=-2.
    命题点3 角的变换问题
    例3 (1)[2024山东省部分学校联考]已知sin(x+π12)=-14,则cs(5π6-2x)=( C )
    A.78B.18C.-78D.-18
    解析 因为sin(x+π12)=-14,所以cs(5π6-2x)=cs(π-π6-2x)=-cs(π6+2x)=-[1-2sin2(x+π12)]=-[1-2×(-14)2]=-78.故选C.
    (2)若tan(α+2β)=2,tan β=-3,则tan(α+β)= -1 ,tan α= 12 .
    解析 因为tan(α+2β)=2,tan β=-3,所以tan(α+β)=tan(α+2β-β)=tan(α+2β)-tanβ1+tan(α+2β)tanβ=2-(-3)1+2×(-3)=-1,tan α=tan(α+β-β)=-1-(-3)1+(-1)×(-3)=12.
    方法技巧
    角的变换问题的解题思路
    1.当“已知角”有两个时,“所求角”一般表示为两个“已知角”的和差倍半的形式.
    2.当“已知角”有一个时,此时应着眼于“所求角”与“已知角”的和差倍半的关系,注意换元思想的应用.
    3.常见的配角技巧:2α=(α+β)+(α-β);α=(α+β)-β=(α-β)+β;α-β=(α-γ)+(γ-β);15°=45°-30°;π4+α=π2-(π4-α)等.
    训练3 (1)[2024江苏省南通市学情检测]已知sin(α+π6)=63,则sin(π6-2α)=( C )
    A.-223B.223C.-13D.13
    解析 设α+π6=t,则α=t-π6,sin t=63,∴sin(π6-2α)=sin[π6-2(t-π6)]=sin(π2-2t)=cs 2t=1-2sin2t=1-2×(63)2=-13,故选C.
    (2)[2024辽宁省辽东南协作体联考]已知π4<α<3π4,0<β<π4,cs(π4-α)=35,sin(3π4+β)=513,则sin(α+β)的值为 5665 .
    解析 ∵π4<α<3π4,0<β<π4,∴-π2<π4-α<0,3π4<3π4+β<π,∴sin(π4-α)=
    -1-cs2(π4-α)=-45,cs(3π4+β)=-1-sin2(3π4+β)=-1213,∴sin(α+β)=-cs[π2+(α+β)]=-cs[(3π4+β)-(π4-α)]=-cs(3π4+β)cs(π4-α)-sin(3π4+β)sin(π4-α)=1213×35-513×(-45)=5665.课标要求
    命题点
    五年考情
    命题分析预测
    1.知道两角差余弦公式的意义.
    2.能从两角差的余弦公式推导出两角和与差的正弦、余弦、正切公式,二倍角的正弦、余弦、正切公式,了解它们的内在联系.
    和、差、倍角公式的直接应用
    2023新高考卷ⅠT8;2021全国卷甲T9;2020全国卷ⅠT9;2020全国卷ⅢT9;2019全国卷ⅡT10
    本讲每年必考,主要考查两角和与差的正弦、余弦、正切公式以及二倍角公式的正用、逆用、变形用,主要体现在三角函数式的化简和求值中.题型以选择题、填空题为主,有时在解答题中也有应用,难度中等偏易.预计 2025年高考命题趋势变化不大,在复习备考时要掌握公式及其变形,并能灵活应用,应用时注意角和函数名的变换.
    和、差、倍角公式的逆用与变形用
    2023新高考卷ⅡT7;2022新高考卷ⅡT6;2022北京T13;2021全国卷乙T6;2020全国卷ⅢT5
    角的变换问题
    2022浙江T13;2019江苏T13
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