高中数学人教A版 (2019)必修 第一册5.1 任意角和弧度制精品学案设计
展开5.1 任意角和弧度制
5.1.1 任意角
学习目标 1.了解任意角的概念,区分正角、负角与零角.2.理解并掌握终边相同的角的概念,能写出终边相同的角所组成的集合.3.了解象限角的概念.
知识点一 任意角
1.角的概念:
角可以看成平面内一条射线绕着它的端点旋转所成的图形.
2.角的表示:
如图,OA是角α的始边,OB是角α的终边,O是角α的顶点.角α可记为“角α”或“∠α”或简记为“α”.
思考 角的概念中主要包含哪些要素?
答案 角的概念包含的三要素为:顶点、始边、终边.
3.角的分类:
知识点二 角的加法与减法
设α,β是任意两个角,-α为角α的相反角.
(1)α+β:把角α的终边旋转角β.
(2)α-β:α-β=α+(-β).
知识点三 象限角
把角放在平面直角坐标系中,使角的顶点与原点重合,角的始边与x轴的非负半轴重合,那么,角的终边在第几象限,就说这个角是第几象限角;如果角的终边在坐标轴上,就认为这个角不属于任何一个象限.
思考 “锐角”“第一象限角”“小于90°的角”三者有何不同?
答案 锐角是第一象限角也是小于90°的角,而第一象限角可以是锐角,也可以大于360°,还可能是负角,小于90°的角可以是锐角,也可以是零角或负角.
知识点四 终边相同的角
所有与角α终边相同的角,连同角α在内,可构成一个集合S={β|β=α+k·360°,k∈Z},即任一与角α终边相同的角,都可以表示成角α与整数个周角的和.
思考 终边相同的角相等吗?相等的角终边相同吗?
答案 终边相同的角不一定相等,它们相差360°的整数倍;相等的角终边相同.
1.第二象限角是钝角.( × )
2.终边相同的角不一定相等,但相等的角终边一定相同.( √ )
3.终边相同的角有无数个,它们相差360°的整数倍.( √ )
一、任意角的概念
例1 下列结论:
①三角形的内角必是第一、二象限角;
②始边相同而终边不同的角一定不相等;
③小于90°的角为锐角;
④钝角比第三象限角小;
⑤小于180°的角是钝角、直角或锐角.
其中正确的结论为________(填序号).
答案 ②
解析 ①90°的角既不是第一象限角,也不是第二象限角,故①不正确;
②始边相同而终边不同的角一定不相等,故②正确;
③小于90°的角可以是零角,也可以是负角,故③不正确;
④钝角大于-100°的角,而-100°的角是第三象限角,故④不正确;
⑤0°角或负角小于180°,但它既不是钝角,也不是直角或锐角,故⑤不正确.
反思感悟 理解与角的概念有关的问题关键在于正确理解象限角与锐角、直角、钝角、平角、周角等的概念,弄清角的始边与终边及旋转方向与大小.另外需要掌握判断结论正确与否的技巧,判断结论正确需要证明,而判断结论不正确只需举一个反例即可.
跟踪训练1 若手表时针走过4小时,则时针转过的角度为( )
A.120° B.-120° C.-60° D.60°
答案 B
解析 由于时针是顺时针旋转,故时针转过的角度为负数,即为-eq \f(4,12)×360°=-120°.
二、终边相同的角及象限角
例2 将下列各角表示为k·360°+α(k∈Z,0°≤α<360°)的形式,并指出是第几象限角.
(1)420°;(2)-510°;(3)1 020°.
解 (1)420°=360°+60°,
而60°角是第一象限角,故420°是第一象限角.
(2)-510°=-2×360°+210°,
而210°是第三象限角,故-510°是第三象限角.
(3)1 020°=2×360°+300°,
而300°是第四象限角,故1 020°是第四象限角.
反思感悟 首先把各角写成k·360°+α(k∈Z,0°≤α<360°)的形式,然后只需判断α所在的象限即可.
跟踪训练2 (1)在四个角20°,-30°,100°,220°中,第二象限角的个数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
答案 B
(2)与-460°角终边相同的角可以表示成( )
A.460°+k·360°,k∈Z
B.100°+k·360°,k∈Z
C.260°+k·360°,k∈Z
D.-260°+k·360°,k∈Z
答案 C
解析 因为-460°=260°+(-2)×360°,故-460°可以表示成260°+k·360°,k∈Z,故选C.
三、区域角的表示
例3 已知角α的终边在图中阴影部分内,试指出角α的取值范围.
解 终边在30°角的终边所在直线上的角的集合为S1={α|α=30°+k·180°,k∈Z},终边在180°-75°=105°角的终边所在直线上的角的集合为S2={α|α=105°+k·180°,k∈Z},因此,终边在图中阴影部分内的角α的取值范围为{α|30°+k·180°≤α<105°+k·180°,k∈Z}.
反思感悟 表示区域角的三个步骤
第一步:先按逆时针的方向找到区域的起始和终止边界;
第二步:分别标出起始和终止边界对应的-180°~180°范围内的角α和β,写出最简区间{x|α
第三步:起始、终止边界对应角α,β再加上360°的整数倍,即得区域角集合.
跟踪训练3 如图所示,写出顶点在原点,始边重合于x轴的非负半轴,终边落在阴影部分的角的集合.
解 如题图(1)所示,以OB为终边的角有330°角,可看成是-30°,
∴以OA,OB为终边的角的集合分别是:
S1={x|x=75°+k·360°,k∈Z},
S2={x|x=-30°+k·360°,k∈Z}.
∴终边落在阴影部分的角的集合为
{θ|k·360°-30°≤θ≤k·360°+75°,k∈Z}.
如题图(2)所示,以OB为终边的角有225°角,可看成是-135°,
∴终边落在阴影部分的角的集合为
{θ|-135°+k·360°≤θ≤135°+k·360°,k∈Z}.
确定nα及eq \f(α,n)所在的象限
典例 已知α是第二象限角,求角eq \f(α,2)所在的象限.
解 方法一 ∵α是第二象限角,
∴k·360°+90°<α
∴eq \f(k,2)·360°+45°
当k为偶数时,令k=2n(n∈Z),得
n·360°+45°
这表明eq \f(α,2)是第一象限角;
当k为奇数时,令k=2n+1(n∈Z),得
n·360°+225°
这表明eq \f(α,2)是第三象限角.
∴eq \f(α,2)为第一或第三象限角.
方法二 如图,
先将各象限分成2等份,再从x轴正半轴的上方起,按逆时针方向,依次将各区域标上一、二、三、四,则标有二的区域即为eq \f(α,2)的终边所在的区域,故eq \f(α,2)为第一或第三象限角.
延伸探究
1.在本例条件下,求角2α的终边的位置.
解 ∵α是第二象限角,
∴k·360°+90°<α
∴k·720°+180°<2α
∴角2α的终边在第三或第四象限或在y轴的非正半轴上.
2.若本例条件中角α变为第三象限角,求角eq \f(α,2)是第几象限角.
解 如图所示,
先将各象限分成2等份,再从x轴正半轴的上方起,按逆时针方向,依次将各区域标上一、二、三、四,则标有三的区域即为角eq \f(α,2)的终边所在的区域,故角eq \f(α,2)为第二或第四象限角.
[素养提升] 分类讨论时要对k的取值分以下几种情况进行讨论:k被n整除;k被n除余1;k被n除余2,…,k被n除余n-1.然后方可下结论.几何法依据数形结合,简单直观.通过该类问题,提升逻辑推理和直观想象等核心素养.
1.与-30°终边相同的角是( )
A.-330° B.150° C.30° D.330°
答案 D
解析 因为所有与-30°终边相同的角都可以表示为α=k·360°+(-30°),k∈Z,取k=1,得α=330°.
2.-240°是( )
A.第一象限角 B.第二象限角
C.第三象限角 D.第四象限角
答案 B
解析 因为-240°角的终边落在第二象限,故为第二象限角.
3.下列说法正确的是( )
A.锐角是第一象限角 B.第二象限角是钝角
C.第一象限角是锐角 D.第四象限角是负角
答案 A
解析 由于锐角范围是0°<α<90°,显然是第一象限角;
-200°是第二象限角,但不是钝角;380°是第一象限角,但不是锐角;330°是第四象限角,但不是负角.
4.终边与坐标轴重合的角α的集合是( )
A.{α|α=k·360°,k∈Z}
B.{α|α=k·180°+90°,k∈Z}
C.{α|α=k·180°,k∈Z}
D.{α|α=k·90°,k∈Z}
答案 D
解析 终边在坐标轴上的角大小为90°或90°的整数倍,所以终边与坐标轴重合的角的集合为{α|α=k·90°,k∈Z}.故选D.
5.已知角α的终边在如图阴影表示的范围内(不包含边界),那么角α的集合是_______.
答案 {α|k·360°+45°<α
解析 观察图形可知,角α的集合是{α|k·360°+45°<α
1.知识清单:
(1)任意角的概念.
(2)终边相同的角与象限角.
(3)区域角的表示.
2.方法归纳:数形结合,分类讨论.
3.常见误区:锐角与小于90°角的区别,终边相同角的表示中漏掉k∈Z.
1.-870°角的终边所在的象限是( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
答案 C
解析 -870°=-3×360°+210°,
∴-870°是第三象限角,故选C.
2.与-457°角的终边相同的角的集合是( )
A.{α|α=457°+k·360°,k∈Z}
B.{α|α=97°+k·360°,k∈Z}
C.{α|α=263°+k·360°,k∈Z}
D.{α|α=-263°+k·360°,k∈Z}
答案 C
3.下面各组角中,终边相同的是( )
A.390°,690° B.-330°,750°
C.480°,-420° D.3 000°,-840°
答案 B
解析 因为-330°=-360°+30°,750°=720°+30°,
所以-330°与750°终边相同.
4.下面说法正确的个数为( )
①第二象限角大于第一象限角;
②终边在x轴非负半轴上的角是零角;
③钝角是第二象限角.
A.0 B.1 C.2 D.3
答案 B
解析 第二象限角如120°比第一象限角390°要小,故①错;360°的整数倍的角终边都在x轴非负半轴上,故②错;③中钝角是第二象限角是对的.所以正确的只有1个.
5.若α是第四象限角,则180°-α是( )
A.第一象限角 B.第二象限角
C.第三象限角 D.第四象限角
答案 C
解析 可以给α赋一特殊值-60°,
则180°-α=240°,故180°-α是第三象限角.
6.50°角的始边与x轴的非负半轴重合,把其终边按顺时针方向旋转3周,所得的角是____.
答案 -1 030°
解析 顺时针方向旋转3周转了-(3×360°)=-1 080°.
又50°+(-1 080°)=-1 030°,故所得的角为-1 030°.
7.与-2 019°角终边相同的最小正角是________.
答案 141°
解析 因为-2 019°=-6×360°+141°,
所以所求角为141°.
8.在0°~360°范围内,与角-60°的终边在同一条直线上的角为________.
答案 120°,300°
解析 根据终边相同角定义知,与-60°终边相同角可表示为β=-60°+k·360°(k∈Z),当k=1时β=300°与-60°终边相同,终边在其反向延长线上且在0°~360°范围内的角为120°.
9.在0°~360°范围内,找出与下列各角终边相同的角,并判定它们是第几象限角.
(1)-150°;(2)650°.
解 (1)因为-150°=-360°+210°,所以在0°~360°范围内,与-150°角终边相同的角是210°角,它是第三象限角.(2)因为650°=360°+290°,所以在0°~360°范围内,与650°角终边相同的角是290°角,它是第四象限角.
10.写出终边在下列各图所示阴影部分内的角的集合.
解 先写出边界角,再按逆时针顺序写出区域角,则得
(1){α|30°+k·360°≤α≤150°+k·360°,k∈Z}.
(2){α|150°+k·360°≤α≤390°+k·360°,k∈Z}.
11.若α=k·180°+45°(k∈Z),则α在( )
A.第一或第三象限 B.第一或第二象限
C.第二或第四象限 D.第三或第四象限
答案 A
解析 当k=2m+1(m∈Z)时,
α=2m·180°+225°=m·360°+225°,
故α为第三象限角;
当k=2m(m∈Z)时,α=m·360°+45°,
故α为第一象限角.
故α在第一或第三象限.
12.若α是第一象限角,则下列各角中属于第四象限角的是( )
A.90°-α B.90°+α
C.360°-α D.180°+α
答案 C
解析 特例法,取α=30°,可知C正确.作为选择题,用特例求解更简便些.一般角所在的象限讨论,应学会用旋转的方法找角所在的象限.如,α+90°,将角α的终边逆时针旋转90°,α-90°,则将α的终边顺时针旋转90°,角180°+α的终边为角α的终边反向延长线,180°-α,先将角α的终边关于x轴对称,再关于原点对称,即可得到180°-α的终边等等.
13.已知角α的终边在图中阴影所表示的范围内(不包括边界),那么α的取值范围是____.
答案 {α|n·180°+30°<α
解析 方法一 (并集法)
在0°~360°范围内,终边落在阴影内的角为30°<α<150°和210°<α<330°.
所以α∈{α|k·360°+30°<α
方法二 (旋转法)
观察图形可知,图中阴影成“对角型”区域,其中一个区域逆(或顺)时针旋转180°,恰好与另一个区域重合,由此可知α∈{α|n·180°+30°<α
14.若角α满足180°<α<360°,角5α与α有相同的始边与终边,则角α=________.
考点 终边相同的角
题点 终边相同的角、象限角
答案 270°
解析 ∵角5α与α具有相同的始边与终边,
∴5α=k·360°+α,k∈Z,得4α=k·360°,k∈Z,
∴α=k·90°,k∈Z,
又180°<α<360°,∴当k=3时,α=270°.
15.已知角2α的终边在x轴的上方,那么α是第________象限角.
答案 一或三
解析 由题意知k·360°<2α<180°+k·360°(k∈Z),故k·180°<α<90°+k·180°(k∈Z),按照k的奇偶性进行讨论.当k=2n(n∈Z)时,n·360°<α<90°+n·360°(n∈Z),∴α在第一象限;当k=2n+1(n∈Z)时,180°+n·360°<α<270°+n·360°(n∈Z),∴α在第三象限.故α是第一或第三象限角.
16.已知α,β都是锐角,且α+β的终边与-280°角的终边相同,α-β的终边与670°角的终边相同,求角α,β的大小.
解 由题意可知
α+β=-280°+k·360°,k∈Z.
∵α,β为锐角,
∴0°<α+β<180°.
取k=1,得α+β=80°,①
α-β=670°+k·360°,k∈Z.
∵α,β为锐角,
∴-90°<α-β<90°.
取k=-2,得α-β=-50°,②
由①②得α=15°,β=65°.名称
定义
图示
正角
按逆时针方向旋转形成的角
负角
按顺时针方向旋转形成的角
零角
一条射线没有作任何旋转形成的角
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