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必修 第一册5.5 三角恒等变换精品课时练习
展开知识点一
两角和与差的正弦、余弦、正切公式
1.C(α-β):cs(α-β)=csαcsβ+sinαsinβ;
C(α+β):cs(α+β)=csαcs_β-sin_αsinβ;
S(α+β):sin(α+β)=sinαcsβ+csαsinβ;
S(α-β):sin(α-β)=sin_αcs_β-csαsinβ;
T(α+β):tan(α+β)=eq \f(tan α+tan β,1-tan αtan β);
T(α-β):tan(α-β)=eq \f(tan α-tan β,1+tan αtan β).
2.变形公式:
tan α±tan β=tan(α±β)(1∓tanαtanβ);
.
sinαsinβ+cs(α+β)=csαcsβ,
csαsinβ+sin(α-β)=sinαcsβ,
3.适用条件:
公式Tα±β只有在α≠eq \f(π,2)+kπ,β≠eq \f(π,2)+kπ,α±β≠eq \f(π,2)+kπ(k∈Z)时才成立,否则就不成立,这是由正切函数的定义域决定的.
4.辅助角公式:
函数f(α)=acs α+bsin α(a,b为常数),可以化为f(α)=eq \r(a2+b2)sin(α+φ)或f(α)=eq \r(a2+b2)cs(α-φ),其中φ可由a,b的值唯一确定.
知识点二
二倍角的正弦、余弦、正切公式
1.S2α:sin 2α=2sinαcsα;
C2α:cs 2α=cs2α-sin2α=2cs2α-1=1-2sin2α;
T2α:tan 2α=eq \f(2tan α,1-tan2α).
2.变形公式:
(1)降幂公式:cs2α=eq \f(1+cs 2α,2),sin2α=eq \f(1-cs 2α,2),sin αcs α=eq \f (1,2)sin 2α.
(2)升幂公式
1+cs α=2cs2eq \f (α,2);
1-cs α=2sin2eq \f (α,2);
1+sin α=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin \f (α,2)+cs \f (α,2)))eq \s\up12(2);
1-sin α=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin \f (α,2)-cs \f (α,2)))eq \s\up12(2).
(3)配方变形:1+sin 2α=(sin α+cs α)2,1-sin 2α=(sin α-cs α)2
1±sinα=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin\f(α,2)±cs\f(α,2)))2,1+csα=2cs2eq \f(α,2),1-csα=2sin2eq \f(α,2)
(4)sin 2α=eq \f (2sin αcs α,sin2α+cs2α)=eq \f (2tan α,1+tan2α);
cs 2α=eq \f (cs2α-sin2α,cs2α+sin2α)=eq \f (1-tan2α,1+tan2α).
tan eq \f (α,2)=eq \f (sin α,1+cs α)=eq \f (1-cs α,sin α).
3.公式的适用条件:
在S2α,C2α中,α∈R,在T2α中,α≠eq \f(kπ,2)+eq \f(π,4)且α≠kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),当α=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z)时,tanα不存在,求tan2α的值可采用诱导公式.
知识点三
简单的三角恒等变换
1.半角公式(不要求记忆)
sineq \f(α,2)=±eq \r(\f(1-csα,2)),cseq \f(α,2)=±eq \r(\f(1+csα,2)) ,taneq \f(α,2)=±eq \r(\f(1-csα,1+csα)) =eq \f(1-csα,sinα)=eq \f(sinα,1+csα).符号由eq \f(α,2)所在的象限决定.
2.积化和差与和差化积
(1)积化和差公式(不要求记忆和应用)
sinαcsβ=eq \f(1,2)[sin(α+β)+sin(α-β)],
csαsinβ=eq \f(1,2)[sin(α+β)-sin(α-β)],
csαcsβ=eq \f(1,2)[cs(α+β)+cs(α-β)],
sinαsinβ=-eq \f(1,2)[cs(α+β)-cs(α-β)].
(2)和差化积公式(不要求记忆和应用)
sinx+siny=2sineq \f(x+y,2)cseq \f(x-y,2),
sinx-siny=2cseq \f(x+y,2)sineq \f(x-y,2),
csx+csy=2cseq \f(x+y,2)cseq \f(x-y,2),
csx-csy=-2sineq \f(x+y,2)sineq \f(x-y,2).
知识点四
常见变换规律
(1)角的变换:明确各个角之间的关系(包括非特殊角与特殊角、已知角与未知角),熟悉角的变换技巧,及半角与倍角的相互转化,如:2α=(α+β)+(α-β),α=(α+β)-β=(α-β)+β,40°=60°-20°,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)+α))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)-α))=eq \f(π,2),eq \f(α,2)=2×eq \f(α,4),15°=45°-30°=60°-45°=eq \f(30°,2),β=eq \f(α+β,2)-eq \f(α-β,2)=(α+2β)-(α+β).eq \f(π,3)-α=eq \f(π,2)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)+α)),
eq \f(π,6)-α=eq \f(π,2)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)+α)),eq \f(π,3)+α=π-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,3)-α)),eq \f(π,4)+α=π-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,4)-α)).
(2)名的变换:明确各个三角函数名称之间的联系,常常用到同角关系、诱导公式,把正弦、余弦化为正切,或者把正切化为正弦、余弦.
考点01 两角和与差的三角函数公式的“正用”
【典例1】(2022上·吉林·高一校考期末)已知,则的值为 .
【答案】3
【分析】根据题意,由正切函数的和差角公式,代入计算,即可得到结果.
【详解】已知,所以,
故答案为:
【典例2】(2023上·全国·高一专题练习)利用和(差)公式,求下列各式的值
(1)
(2)
(3)
(4)
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)2-
【分析】利用和(差)公式的三角函数公式求解.
【详解】(1)解:,
;
(2),
;
(3),
;
(4),
.
【总结提升】
三角公式化简求值的策略
(1)使用两角和、差及倍角公式,首先要记住公式的结构特征和符号变化规律.例如两角差的余弦公式可简记为:“同名相乘,符号反”.
(2)使用公式求值,应注意与同角三角函数基本关系、诱导公式的综合应用.
(3)使用公式求值,应注意配方法、因式分解和整体代换思想的应用.
考点02 两角和与差的三角函数公式的“逆用”“变用”
【典例3】(2023上·湖北·高一湖北省天门中学校联考阶段练习)( )
A.B.C.1D.
【答案】A
【分析】根据两角和的正切公式以及诱导公式求得正确答案.
【详解】,
,
,
所以,
所以
.
故选:A
【典例4】(2023·全国·高一随堂练习)化简:
(1);
(2);
(3);
(4).
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
【分析】(1)逆用余弦的和角公式即可得解;
(2)逆用正弦的和角公式即可得解;
(3)逆用、正用正切的和角公式即可得解;
(4)利用诱导公式及余弦差角公式的逆用即可得解.
【详解】(1)
;
(2)
;
(3)
;
(4)
.
【总结提升】
注意三角函数公式逆用和变形用的两个问题
(1)公式逆用时一定要注意公式成立的条件和角之间的关系.
(2)注意特殊角的应用,当式子中出现eq \f(1,2),1,eq \f(\r(3),2),eq \r(3)等这些数值时,一定要考虑引入特殊角,把“值变角”构造适合公式的形式.
考点03 利用“角的变换”求值
【典例5】(2023上·陕西渭南·高三校考阶段练习)已知,,,,则 .
【答案】/
【分析】根据题意,分别求得,再由余弦的差角公式,代入计算,即可得到结果.
【详解】因为且,则,
又,所以,且,
所以,则,
,
所以
.
故答案为:
【典例6】(2023上·黑龙江哈尔滨·高一哈尔滨市第六中学校校考阶段练习)已知,,,.
(1)求的值;
(2)求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)首先根据确定的取值范围,再由同角三角函数的平方关系及诱导公式即可求得的值;
(2)由题意求得,再利用凑角即可求得的值.
【详解】(1)∵,∴,
又,,
∴,
∴
.
(2)∵,,
∴,,,
∴,
∴
.
【规律总结】
三角公式求值中变角的解题思路
(1)当“已知角”有两个时,“所求角”一般表示为两个“已知角”的和或差的形式.
(2)当“已知角”有一个时,此时应着眼于“所求角”与“已知角”的和或差的关系,再应用诱导公式把“所求角”变成“已知角”.
考点04 二倍(半)角公式的应用
【典例7】(2023·全国·高一随堂练习)已知,,求,,.
【答案】,,
【分析】根据二倍角正余弦公式以及同角的三角函数关系即可求得答案.
【详解】因为,故,则,
由可得,解得,
由可得,解得,
故.
【典例8】(2023·全国·高一随堂练习)已知,,求,的值.
【答案】;
【分析】根据二倍角公式,即可求解.
【详解】因为,,所以,
,
,.
考点05 三角函数式的化简
【典例9】(2023下·辽宁铁岭·高一西丰县高级中学校考期中) .
【答案】
【分析】利用,结合倍角公式和诱导公式求得,利用切化弦,结合辅助角公式和倍角公式求得,从而可求解.
【详解】,
,
所以.
故答案为:.
【典例10】(2023·全国·高一课堂例题)化简.
【答案】
【分析】法1:由倍角余弦公式得,以此形式及和差角余弦公式化简求值;法2:应用和差角正弦公式及平方关系化简求值.
【详解】法1:由倍角公式,得.
原式
.
法2:
.
【总结提升】
1.三角函数式的化简遵循的三个原则
(1)一看“角”,这是最重要的一环,通过看角之间的差别与联系,把角进行合理的变换,从而正确使用公式.
(2)二看“名”,看函数名称之间的差异,从而确定使用的公式,常见的有“切化弦”或“弦化切”.
(3)三看“形”,分析结构特征,可以帮助我们找到变形的方向,常见的有“遇到分式要通分”“整式因式分解”“二次式配方”“遇到平方要降幂”等.
2.三角函数式化简的方法
(1)弦切互化,异名化同名,异角化同角,降幂或升幂.
(2)在三角函数式的化简中“次降角升”和“次升角降”是基本的规律,根号中含有三角函数式时,一般需要升次,去掉根号.
考点06 三角函数式求值
【典例11】(2023下·四川眉山·高一统考期中)已知,,其中,为锐角.
(1)求的值;
(2)求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)用已知表示未知.首先用和表示,即,求出,再根据即可求出;
(2)由题意求出及,再求出,根据题意求出的取值范围,根据正切函数即可解决.
【详解】(1)由题意知
所以.
(2)由题意知且为锐角,
所以,
所以,所以,
所以,
因为为锐角,
所以且,
所以,则,
故.
【典例12】(2022上·黑龙江鸡西·高一校考期末)已知,且为第二象限角.
(1)求,的值;
(2)求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)利用三角函数的基本关系式即可得解;
(2)利用正切函数的倍角公式与和差公式即可得解.
【详解】(1)因为,且为第二象限角,
所以,
则.
(2)由(1)知,
所以,
故.
【总结提升】
三角函数式求值的三种题型
(1)给角求值:该类问题中给出的角一般都不是特殊角,需要通过三角恒等变换将其变为特殊角,或者能够正负相消,或者能够约分相消,最后得到具体的值.
(2)给值求值:一般是给出某些角的三角函数值,求另外一些角的三角函数值,解题的关键在于“变角”,使相关角相同或具有某种关系.
(3)给值求角:实质上可转化为“给值求值”,即通过求角的某一个三角函数值来求角.在选取函数时,遵循以下原则:
①已知正切函数值,选正切函数.
②已知正、余弦函数值,若角的范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f (π,2))),选正、余弦函数皆可,若角的范围是(0,π),选余弦函数,若角的范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f (π,2),\f (π,2))),选正弦函数.
考点07 三角恒等式的证明
【典例13】(2023下·江苏徐州·高一校考期中)求证下列恒等式:
(1);
(2)
【答案】(1)证明见解析
(2)证明见解析
【分析】(1)先通分,利用正切的二倍角公式化简即可;
(2)先将正切化弦,通分得到原式,再用辅助角公式,最后利用二倍角公式,即可证明.
【详解】(1).
(2)左边
,
原式得证.
【典例14】(2023·全国·高一随堂练习)求证:
(1);
(2);
(3);
(4).
【答案】(1)证明见详解
(2)证明见详解
(3)证明见详解
(4)证明见详解
【分析】(1)左边直接使用和差公式化简,右边用二倍角公式展开,然后化简可证;
(2)对左边先用余弦二倍角公式,然后再使用正弦二倍角公式化简即可证明;
(3)对左边配方后,使用平方关系式和正弦二倍角公式化简即可得证;
(4)对左边使用和差公式展开,然后通分化简,再由正切二倍角公式可证.
【详解】(1)因为左边,
右边,
所以左边=右边,原等式成立.
(2)因为左边右边,
所以,原等式成立.
(3)因为左边右边,
所以,原等式成立.
(4)因为左边右边,
所以,原等式成立.
考点08 研究三角函数的图像和性质
【典例15】(2023上·全国·高一专题练习)函数的值域为( )
A.B.
C.D.
【答案】B
【分析】利用和差公式和辅助角公式化简,然后由正弦函数的性质可得.
【详解】
,
因为,
所以函数的值域为.
故选:B.
【典例16】已知函数f(x)=cs x(2eq \r(3)sin x+cs x)-sin2x.
(1)求函数f(x)的单调递减区间;
(2)若当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4)))时,关于x的不等式f(x)≥m________,求实数m的取值范围.
请选择①和②中的一个条件,补全问题(2),并求解.其中,①有解,②恒成立.
【答案】(1)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6)+kπ,\f(2π,3)+kπ)),k∈Z.;(2)m≤1.
【解析】(1)因为f(x)=cs x(2eq \r(3)sin x+cs x)-sin2x=2eq \r(3)sin xcs x+cs2x-sin2x=eq \r(3)sin 2x+cs 2x=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6))).
令eq \f(π,2)+2kπ≤2x+eq \f(π,6)≤eq \f(3π,2)+2kπ,k∈Z,
解得eq \f(π,6)+kπ≤x≤eq \f(2π,3)+kπ,k∈Z,
所以函数f(x)的单调递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6)+kπ,\f(2π,3)+kπ)),k∈Z.
(2)若选择①,
由题意可知,不等式f(x)≥m有解,即m≤f(x)max,
因为x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4))),所以eq \f(π,6)≤2x+eq \f(π,6)≤eq \f(2π,3),故当2x+eq \f(π,6)=eq \f(π,2),即x=eq \f(π,6)时,f(x)取得最大值,且最大值为feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))=2,所以m≤2.
若选择②,
由题意可知,不等式f(x)≥m恒成立,即m≤f(x)min,
因为x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4))),所以eq \f(π,6)≤2x+eq \f(π,6)≤eq \f(2π,3).故当2x+eq \f(π,6)=eq \f(π,6),即x=0时,f(x)取得最小值,且最小值为f(0)=1.
所以m≤1.
【总结提升】
1.先根据和角公式、辅助角公式、倍角公式等,把函数表达式变为正弦型函数y=Asin(ωx+φ)+b的形式.
2.求三角函数周期的常用方法
(1)公式法求周期
①函数f (x)=Asin(ωx+φ)+B与f (x)=Acs(ωx+φ)+B的周期为T=eq \f (2π,|ω|);
②函数f (x)=Atan(ωx+φ)+B的周期T=eq \f (π,|ω|).
(2)对称性求最值
①两对称轴距离的最小值和两对称中心距离的最小值都等于eq \f (T,2);
②对称中心到对称轴距离的最小值等于eq \f (T,4);
③两个最大(小)值点之差的最小值等于T.
3.三角函数是奇、偶函数的充要条件
(1)函数y=Asin(ωx+φ)(x∈R):是奇函数⇔φ=kπ(k∈Z);偶函数⇔φ=kπ+eq \f (π,2)(k∈Z);
(2)函数y=Acs(ωx+φ)(x∈R):是奇函数⇔φ=kπ+eq \f (π,2)(k∈Z);是偶函数⇔φ=kπ(k∈Z).
4.如何判断函数的奇偶性:根据三角函数的奇偶性,利用诱导公式可推得函数的奇偶性,常见的结论如下:
(1)若为偶函数,则有;若为奇函数则有;
(2)若为偶函数,则有;若为奇函数则有;
(3)若为奇函数则有.
5.求对称轴方程(对称中心坐标)的方法
(1)求f (x)=Asin(ωx+φ)图象的对称轴方程,只需对ωx+φ=eq \f (π,2)+kπ(k∈Z)整理,对称中心横坐标只需令ωx+φ=kπ(k∈Z),求x.
(2)求f (x)=Acs(ωx+φ)的对称轴方程,只需对ωx+φ=kπ(k∈Z)整理,对称中心横坐标为ωx+φ=eq \f (π,2)+kπ(k∈Z),求x即可.
(3)求f (x)=Atan(ωx+φ)的对称中心的横坐标,只需对ωx+φ=eq \f (kπ,2)(k∈Z),求x.
1.(2022·北京·高考真题)已知函数,则( )
A.在上单调递减B.在上单调递增
C.在上单调递减D.在上单调递增
【答案】C
【解析】
【分析】
化简得出,利用余弦型函数的单调性逐项判断可得出合适的选项.
【详解】
因为.
对于A选项,当时,,则在上单调递增,A错;
对于B选项,当时,,则在上不单调,B错;
对于C选项,当时,,则在上单调递减,C对;
对于D选项,当时,,则在上不单调,D错.
故选:C.
2.(2023·全国·统考高考真题)已知,则( ).
A.B.C.D.
【答案】B
【分析】根据给定条件,利用和角、差角的正弦公式求出,再利用二倍角的余弦公式计算作答.
【详解】因为,而,因此,
则,
所以.
故选:B
3.(2021·浙江·高考真题)设函数.
(1)求函数的最小正周期;
(2)求函数在上的最大值.
【答案】(1);(2).
【解析】
【分析】
(1)由题意结合三角恒等变换可得,再由三角函数最小正周期公式即可得解;
(2)由三角恒等变换可得,再由三角函数的图象与性质即可得解.
【详解】
(1)由辅助角公式得,
则,
所以该函数的最小正周期;
(2)由题意,
,
由可得,
所以当即时,函数取最大值.
一、单选题
1.(2023上·全国·高一专题练习)的值是( )
A.B.
C.D.
【答案】D
【分析】利用诱导公式和和差公式求解可得.
【详解】
.
故选:D
2.(2023下·广东深圳·高一校考期中)计算:( )
A.B.C.D.
【答案】A
【分析】根据降幂公式计算,即可得答案.
【详解】,
故选:A
3.(2023上·福建厦门·高三福建省厦门第二中学校考期中)已知,则( )
A.B.C. D. -
【答案】D
【分析】根据角的变换及二倍角的余弦公式求解即可.
【详解】因为,
所以
.
故选:D
二、多选题
4.(2023上·吉林长春·高一长春外国语学校校考期末)下列等式成立的是( )
A.B.
C.D.
【答案】CD
【分析】利用三角恒等变换与三角诱导公式即可得解.
【详解】对于A,,故A错误.
对于B,,故B错误,
对于C,
,故C正确.
对于D,,故D正确.
故选:CD.
5.(2023下·江苏连云港·高一统考期中)下列各式的值为的是( )
A.B.
C.D.
【答案】AC
【分析】根据三角恒等变换逐个选项计算即可.
【详解】对A,因为,
故,故,故A正确;
对B,
,故B错误;
对C,,故C正确;
对D,,故D错误.
故选:AC.
三、填空题
6.(2023上·江西·高二校联考期中)已知,则的值为 .
【答案】
【分析】利用三角函数的诱导公式、二倍角的正余弦公式以及同角三角函数的基本关系求解.
【详解】.
故答案为: .
7.(2023上·湖北·高一湖北省天门中学校联考阶段练习)已知,则 .
【答案】
【分析】根据和差公式和同角三角函数基本关系计算即可.
【详解】因为,所以,
.
故答案为:-1.
8.(2023上·福建三明·高三三明一中校考阶段练习)已知,均为锐角,,,则 , .
【答案】
【分析】根据二倍角的余弦公式即可求出,先确定的范围,再求出的正弦值即可.
【详解】因为,
所以,
又因,均为锐角,所以,则,
所以,所以,,
又因,所以,
则,
所以.
故答案为:;.
四、解答题
9.(2023·全国·高一随堂练习)已知,,求,及的值.
【答案】.
【分析】先由同角三角函数的关系结合角的范围求得,再利用三角函数的和差角公式即可得解.
【详解】因为,,所以,
由,解得,
所以,
所以,
,
.
10.(2023下·甘肃武威·高一天祝藏族自治县第一中学校考阶段练习)已知,,其中,.
(1)求的值;
(2)求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)先利用半角公式计算出,利用同角三角函数关系求出,利用正弦差角公式进行计算;
(2)先求出,再利用差角公式计算,结合角的范围求出,得到答案.
【详解】(1)因为,所以,.
因为,所以,
因为,所以,
解得,
所以.
(2)因为,所以,则.
因为,
由,,得,所以.
11.(2023上·湖北省直辖县级单位·高三校考阶段练习)计算求值:
(1)已知、均为锐角,,,求的值
(2)计算的值
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根据平方和公式和三角函数的和差公式即可得答案.
(2)根据诱导公式、二倍角公式、辅助角公式即可得答案.
【详解】(1)、均为锐角,则,
所以,
,
所以
.
(2)
.
12.(2023上·江苏南通·高一统考阶段练习)已知函数.
(1)证明:;
(2)当时,求函数的最大值.
【答案】(1)证明见解析
(2)
【分析】(1)利用,对化简即可证明;
(2)由题意可化简得,由,得,即可求解.
【详解】(1)证明:因为,
所以,
故.
(2)由
,
因为,得,
所以,当时,即,
有最大值,
故当时,函数的最大值为.
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