【步步高】高考数学总复习 4.3两角和与差的正弦、余弦、正切配套文档 理 新人教a版

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§4.3 两角和与差的正弦、余弦、正切
1. 两角和与差的余弦、正弦、正切公式
cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β (C α-β) cos(α+β)=cos_αcos_β-sin_αsin_β (C α+β) sin(α-β)=sin_αcos_β-cos_αsin_β (S α-β) sin(α+β)=sin_αcos_β+cos_αsin_β (S α+β) tan(α-β)=tan α-tan β
1+tan αtan β (T α-β)
tan(α+β)=tan α+tan β
1-tan αtan β (T α+β)
2. 二倍角公式
sin 2α=2sin_αcos_α;
cos 2α=cos 2α-sin 2α=2cos 2α-1=1-2sin 2α; tan 2α=2tan α
1-tan 2α
.
3. 在准确熟练地记住公式的基础上,要灵活运用公式解决问题:如公式的正用、逆用和变
形用等.如T α±β可变形为
tan α±tan β=tan(α±β)(1∓tan_αtan_β), tan αtan β=1-tan α+tan βtan (α+β)=tan α-tan βtan (α-β)
-1.
4. 函数f (x )=a sin α+b cos α(a ,b 为常数),可以化为f (α)=a 2+b 2sin(α+φ)(其中tan φ=b
a
)
或f (α)=a 2+b 2cos(α-φ)(其中tan φ=a
b
).
1. 判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)两角和与差的正弦、余弦公式中的角α,β是任意的. ( √ ) (2)存在实数α,β,使等式sin(α+β)=sin α+sin β成立.
( √ )
(3)在锐角△ABC 中,sin A sin B 和cos A cos B 大小不确定. ( × )
(4)公式tan(α+β)=
tan α+tan β
1-tan αtan β
可以变形为tan α+tan β=tan(α+β)(1-tan αtan β),且对
任意角α,β都成立.
( × ) (5)存在实数α,使tan 2α=2tan α.
( √ ) (6)当α+β=π
4时,(1+tan α)(1+tan β)=2.
( √ ) 2. (2013·浙江)已知α∈R ,sin α+2cos α=
10
2
,则tan 2α等于
( )
A.4
3
B.34
C .-34
D .-43
答案 C
解析 ∵sin α+2cos α=
102
, ∴sin 2α+4sin α·cos α+4cos 2α=5
2.
化简得:4sin 2α=-3cos 2α, ∴tan 2α=sin 2αcos 2α=-3
4
.故选C.
3. (2012·江西)若sin α+cos αsin α-cos α=1
2
,则tan 2α等于
( )
A .-34
B.34
C .-43
D.43
答案 B
解析 由sin α+cos αsin α-cos α=12,等式左边分子、分母同除cos α得,tan α+1tan α-1=1
2,解得tan α
=-3,则tan 2α=2tan α1-tan 2α=3
4
. 4. (2012·江苏)设α为锐角,若cos ⎝⎛⎭⎫α+π6=45,则sin ⎝
⎛⎭⎫2α+π
12的值为________. 答案
172
50
解析 ∵α为锐角且cos ⎝⎛⎭⎫α+π6=45, ∴sin ⎝⎛⎭⎫α+π6=3
5
. ∴sin ⎝
⎛⎭⎫2α+π
12=sin ⎣⎡⎦
⎤2⎝⎛⎭⎫α+π6-π4 =sin 2⎝⎛⎭⎫α+π6cos π4
-cos 2⎝⎛⎭⎫α+π6sin π4
=2sin ⎝⎛⎭⎫α+π6cos ⎝⎛⎭⎫α+π6-2
2⎣⎡⎦⎤2cos 2⎝⎛⎭⎫α+π6-1 =2×35×45-22⎣⎡⎦⎤2×⎝⎛⎭⎫452-1 =
12225-7250=17250
. 5. (2013·课标全国Ⅱ)设θ为第二象限角,若tan ⎝⎛⎭⎫θ+π4=1
2
,则sin θ+cos θ=________. 答案 -
10
5
解析 ∵tan ⎝⎛⎭⎫θ+π4=12,∴tan θ=-13
, 即⎩
⎪⎨⎪⎧
3sin θ=-cos θ,sin 2θ+cos 2θ=1,解得sin θ=1010,cos θ=-310
10. ∴sin θ+cos θ=-
10
5
.
题型一 三角函数式的化简与给角求值
例1 (1)化简:(1+sin θ+cos θ)(sin θ2-cos θ
2
)
2+2cos θ
(0<θ<π).
(2)求值:1+cos 20°2sin 20°-sin 10°(1
tan 5°
-tan 5°).
思维启迪 (1)分母为根式,可以利用二倍角公式去根号,然后寻求分子分母的共同点进行约
分;
(2)切化弦、通分.
解 (1)由θ∈(0,π),得0<θ2<π2,∴cos θ
2>0.
因此2+2cos θ=
4cos 2θ2=2cos θ2
.
又(1+sin θ+cos θ)(sin θ2-cos θ
2)
=(2sin θ2cos θ2+2cos 2θ2)(sin θ2-cos θ
2)
=2cos θ2(sin 2θ2-cos 2θ
2)
=-2cos θ
2
cos θ.
故原式=-2cos θ
2
cos θ
2cos
θ2
=-cos θ.
(2)原式=2cos 210°2×2sin 10°cos 10°-sin 10°(cos 5°sin 5°-sin 5°
cos 5°)
=cos 10°
2sin 10°-sin 10°·cos 25°-sin 25°sin 5°cos 5° =
cos 10°2sin 10°-sin 10°·cos 10°
1
2
sin 10°
=cos 10°
2sin 10°-2cos 10°=cos 10°-2sin 20°2sin 10°

cos 10°-2sin (30°-10°)
2sin 10°
=cos 10°-2(12cos 10°-3
2
sin 10°)
2sin 10°

3sin 10°2sin 10°=3
2
.
思维升华 (1)三角函数式的化简要遵循“三看”原则,一看角,二看名,三看式子结构与特
征.
(2)对于给角求值问题,往往所给角都是非特殊角,解决这类问题的基本思路有: ①化为特殊角的三角函数值; ②化为正、负相消的项,消去求值; ③化分子、分母出现公约数进行约分求值.
(1)在△ABC 中,已知三个内角A ,B ,C 成等差数列,则tan A 2+tan C
2
+3
tan A 2tan C
2的值为________.
(2)2cos 10°-sin 20°sin 70°的值是
( )
A.12
B.3
2
C. 3
D. 2
答案 (1)3 (2)C
解析 (1)因为三个内角A ,B ,C 成等差数列,且A +B +C =π,所以A +C =2π3,
A +C
2=π
3,tan A +C 2
=3, 所以tan A 2+tan C 2+3tan A 2tan C 2
=tan ⎝⎛⎭⎫A 2+C 2⎝⎛⎭⎫1-tan A 2tan C 2+3tan A 2tan C 2 =3⎝⎛⎭⎫1-tan A 2tan C 2+3tan A 2tan C
2= 3. (2)原式=2cos (30°-20°)-sin 20°sin 70°
=2(cos 30°·cos 20°+sin 30°·sin 20°)-sin 20°
sin 70°

3cos 20°
cos 20°
= 3.
题型二 三角函数的给值求值、给值求角
例2 (1)已知0<β<π2<α<π,且cos ⎝⎛⎭⎫α-β2=-19
,sin ⎝⎛⎭⎫α2-β=2
3,求cos(α+β)的值; (2)已知α,β∈(0,π),且tan(α-β)=12,tan β=-1
7
,求2α-β的值.
思维启迪 (1)拆分角:α+β2
=⎝⎛⎭⎫α-β2-⎝⎛⎭⎫
α2-β,利用平方关系分别求各角的正弦、余弦. (2)2α-β=α+(α-β);α=(α-β)+β. 解 (1)∵0<β<π
2<α<π,
∴-π4<α2-β<π2,π4<α-β
2<π,
∴cos ⎝⎛⎭⎫α2-β= 1-sin 2⎝⎛⎭⎫α2-β=5
3, sin ⎝⎛⎭⎫α-β
2= 1-cos 2⎝⎛⎭⎫α-β2=459,
∴cos
α+β2
=cos ⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫α-β2-⎝⎛⎭⎫α2-β =cos ⎝⎛⎭⎫α-β2cos ⎝⎛⎭⎫α2-β+sin ⎝⎛⎭⎫α-β2sin ⎝⎛⎭⎫α
2-β =⎝⎛⎭⎫-19×53+459×23=7527, ∴cos(α+β)=2cos 2
α+β2-1=2×49×5729-1=-239
729
. (2)∵tan α=tan[(α-β)+β]=
tan (α-β)+tan β
1-tan (α-β)tan β
=12-171+12×17
=13>0,∴0<α<π2,
又∵tan 2α=2tan α1-tan 2
α
=2×131-⎝⎛⎭⎫132=3
4>0, ∴0<2α<π
2

∴tan(2α-β)=tan 2α-tan β
1+tan 2αtan β
=34+171-34×17=1.
∵tan β=-1
7
<0,
∴π2<β<π,-π<2α-β<0,∴2α-β=-3π4
. 思维升华 (1)解题中注意变角,如本题中α+β2=(α-β2)-(α2
-β);
(2)通过求角的某种三角函数值来求角,在选取函数时,遵照以下原则:①已知正切函数值,选正切函数;②已知正、余弦函数值,选正弦或余弦函数;若角的范围是⎝⎛⎭⎫0,π
2,选正、余弦皆可;若角的范围是(0,π),选余弦较好;若角的范围为⎝⎛⎭⎫-π2,π
2,选正弦较好.
(1)若0<α<π2,-π2<β<0,cos(π4+α)=13,cos(π4-β2)=33,则cos(α+β
2
)等于( )
A.3
3
B .-
3
3
C.539
D .-
69
(2)已知sin α=55,sin(α-β)=-1010,α,β均为锐角,则角β等于
( )
A.5π
12
B.π3
C.π4
D.π6
答案 (1)C (2)C
解析 (1)cos(α+β2)=cos[(π4+α)-(π4-β
2)]
=cos(π4+α)cos(π4-β2)+sin(π4+α)sin(π4-β
2),
∵0<α<π2

则π4<π4+α<3π4,∴sin(π4+α)=223. 又-π2<β<0,则π4<π4-β2<π2,
则sin(π4-β2)=63
.
故cos(α+β2)=cos[π4+α-(π4-β
2)]
=cos(π4+α)cos(π4-β2)+sin(π4+α)sin(π4-β
2)
=13×33+223×63=539,故选C. (2)∵α、β均为锐角,∴-π2<α-β<π2.
又sin(α-β)=-1010,∴cos(α-β)=31010
. 又sin α=
55,∴cos α=255
, ∴sin β=sin[α-(α-β)]=sin αcos(α-β)-cos αsin(α-β) =
55×31010-255×(-1010)=22
. ∴β=π4
.
题型三 三角变换的简单应用
例3 已知函数f (x )=sin ⎝⎛⎭⎫x +7π4+cos ⎝⎛⎭
⎫x -3π
4,x ∈R . (1)求f (x )的最小正周期和最小值;
(2)已知cos(β-α)=45,cos(β+α)=-45,0<α<β≤π
2,求证:[f (β)]2-2=0.
思维启迪 (1)可将f (x )化成y =A sin(ωx +φ)的形式;
(2)据已知条件确定β,再代入f (x )求值. (1)解 ∵f (x )=sin ⎝⎛⎭⎫x +7π4-2π+cos ⎝⎛⎭⎫x -π4-π2 =sin ⎝⎛⎭⎫x -π4+sin ⎝⎛⎭⎫x -π4=2sin ⎝⎛⎭⎫x -π
4, ∴T =2π,f (x )的最小值为-2.
(2)证明 由已知得cos βcos α+sin βsin α=45,
cos βcos α-sin βsin α=-4
5,
两式相加得2cos βcos α=0,
∵0<α<β≤π2,∴β=π2,∴[f (β)]2-2=4sin 2π
4
-2=0.
思维升华 三角变换和三角函数性质相结合是高考的一个热点,解题时要注意观察角、式子
间的联系,利用整体思想解题.
(1)函数f (x )=3sin x +cos(π
3
+x )的最大值为( )
A .2 B. 3 C .1
D.12
(2)函数f (x )=sin(2x -π
4)-22sin 2x 的最小正周期是________.
答案 (1)C (2)π
解析 (1)f (x )=3sin x +cos π3·cos x -sin π
3·sin x
=12cos x +32sin x =sin(x +π
6). ∴f (x )max =1. (2)f (x )=22sin 2x -2
2
cos 2x -2(1-cos 2x ) =
22sin 2x +22cos 2x -2=sin(2x +π
4
)-2, ∴T =2π2=π.
高考中的三角变换问题
典例:(10分)(1)若tan 2θ=-22,π<2θ<2π,则2cos 2θ
2
-sin θ-1
2sin (θ+π
4
)
=________.
(2)已知锐角α,β满足sin α=55,cos β=31010,则α+β等于
( )
A.3π
4 B.π4或3π
4
C.π4
D .2k π+π
4
(k ∈Z )
思维启迪 (1)注意和差公式的逆用及变形;
(2)可求α+β的某一三角函数值,结合α+β的范围求角. 答案 (1)3+22 (2)C
解析 (1)原式=cos θ-sin θsin θ+cos θ=1-tan θ
1+tan θ,
又tan 2θ=2tan θ
1-tan 2θ=-22,
即2tan 2θ-tan θ-2=0, 解得tan θ=-
1
2
或tan θ= 2.
∵π<2θ<2π,∴π
2
<θ<π.
∴tan θ=-1
2
,故所求=1+
121-
12=3+2 2.
(2)由sin α=
55,cos β=31010且α,β为锐角,可知cos α=255,sin β=1010
, 故cos(α+β)=cos αcos β-sin αsin β=255×31010-55×1010=2
2,
又0<α+β<π,故α+β=π
4
.
温馨提醒 三角变换中的求值问题要注意利用式子的特征,灵活应用公式;对于求角问题,
一定要结合角的范围求解.
方法与技巧 1. 巧用公式变形:
和差角公式变形:tan x ±tan y =tan(x ±y )·(1∓tan x ·tan y );倍角公式变形:降幂公式cos 2α=
1+cos 2α2,sin 2α=1-cos 2α2,配方变形:1±sin α=⎝⎛⎭⎫sin α2±cos α22,1+cos α=2cos 2α
2
,1-cos α=2sin 2α
2
.
2. 利用辅助角公式求最值、单调区间、周期.由y =a sin α+b cos α=a 2+b 2sin(α+φ)(其中
tan φ=b
a
)有a 2+b 2≥|y |.
3. 重视三角函数的“三变”:“三变”是指“变角、变名、变式”;变角:对角的分拆要
尽可能化成同名、同角、特殊角;变名:尽可能减少函数名称;变式:对式子变形一般要尽可能有理化、整式化、降低次数等.在解决求值、化简、证明问题时,一般是观察角度、函数名、所求(或所证明)问题的整体形式中的差异,再选择适当的三角公式恒等变形. 失误与防范
1. 运用公式时要注意审查公式成立的条件,要注意和、差、倍角的相对性,要注意升次、
降次的灵活运用,要注意“1”的各种变通. 2. 在(0,π)范围内,sin(α+β)=
2
2
所对应的角α+β不是唯一的. 3. 在三角求值时,往往要估计角的范围后再求值.
A 组 专项基础训练 (时间:35分钟,满分:57分)
一、选择题
1. 若θ∈[π4,π2],sin 2θ=37
8
,则sin θ等于
( )
A.3
5
B.45
C.
7
4
D.34
答案 D
解析 由sin 2θ=3
87和sin 2θ+cos 2θ=1得
(sin θ+cos θ)2=37
8+1=(3+74)2,
又θ∈[π4,π
2],∴sin θ+cos θ=3+74.
同理,sin θ-cos θ=3-74,∴sin θ=3
4
.
2. 已知tan(α+β)=2
5
,tan ⎝⎛⎭⎫β-π4=14,那么tan ⎝⎛⎭⎫α+π4等于
( )
A.13
18
B.13
22
C.3
22
D.16
答案 C
解析 因为α+π4+β-π
4=α+β,
所以α+π
4=(α+β)-⎝⎛⎭⎫β-π4,所以 tan ⎝⎛⎭⎫α+π4=tan ⎣⎡⎦⎤(α+β)-⎝⎛⎭⎫β-π
4 =
tan (α+β)-tan ⎝⎛⎭
⎫β-π41+tan (α+β)tan ⎝⎛⎭
⎫β-π4=3
22. 3. (2013·重庆)4cos 50°-tan 40°等于
( )
A. 2
B.
2+3
2
C. 3
D .22-1
答案 C
解析 4cos 50°-tan 40°=
4sin 40°cos 40°-sin 40°
cos 40°
=2sin 80°-sin 40°cos 40°=2sin (50°+30°)-sin 40°
cos 40°

3sin 50°+cos 50°-sin 40°cos 40°=3sin 50°
cos 40°
= 3.
4. 若tan α+
1tan α=103,α∈(π4,π2),则sin(2α+π
4
)的值为
( )
A .-
2
10
B.2
10
C.3210
D.7210
答案 A
解析 由tan α+1tan α=103得sin αcos α+cos αsin α=10
3,

1sin αcos α=103,∴sin 2α=3
5
.
∵α∈(π4,π2),∴2α∈(π
2,π),
∴cos 2α=-45
.
∴sin(2α+π4)=sin 2αcos π4+cos 2αsin π
4

22×(35-45)=-210
. 5. 在△ABC 中,tan A +tan B +3=3tan A ·tan B ,则C 等于
( )
A.π3
B.2π
3
C.π6
D.π4
答案 A
解析 由已知可得tan A +tan B =3(tan A ·tan B -1), ∴tan(A +B )=tan A +tan B 1-tan A tan B =-3,
又0<A +B <π,∴A +B =23π,∴C =π
3.
二、填空题
6. 若sin(π2+θ)=3
5
,则cos 2θ=________.
答案 -725
解析 ∵sin(π2+θ)=cos θ=3
5

∴cos 2θ=2cos 2θ-1=2×(35)2-1=-7
25
.
7. 若α=20°,β=25°,则(1+tan α)(1+tan β)的值为________.
答案 2
解析 由tan(α+β)=
tan α+tan β
1-tan αtan β
=tan 45°=1可得
tan α+tan β+tan αtan β=1,
所以(1+tan α)(1+tan β)=1+tan α+tan β+tan αtan β=2. 8.
3tan 12°-3
(4cos 212°-2)sin 12°=________.
答案 -4 3
解析 原式=3sin 12°
cos 12°
-3
2(2cos 212°-1)sin 12°
=23⎝⎛⎭⎫12sin 12°-32cos 12°
cos 12°
2cos 24°sin 12°
=23sin (-48°)2cos 24°sin 12°cos 12°=-23sin 48°
sin 24°cos 24°

-23sin 48°
1
2
sin 48°=-4 3.
三、解答题
9. 已知tan α=-13,cos β=55,α∈(π2,π),β∈(0,π
2
),求tan(α+β)的值,并求出α+β的
值.
解 由cos β=
55,β∈(0,π2
), 得sin β=25
5,tan β=2.
∴tan(α+β)=tan α+tan β
1-tan αtan β
=-13+21+23
=1.
∵α∈(π2,π),β∈(0,π2),∴π2<α+β<3π2,
∴α+β=5π4
.
10.已知α∈⎝⎛⎭⎫π2,π,且sin α2+cos α2=62
. (1)求cos α的值;
(2)若sin(α-β)=-3
5,β∈⎝⎛⎭⎫π2,π,求cos β的值. 解 (1)因为sin α2+cos α2=62,
两边同时平方,得sin α=1
2.
又π2<α<π,所以cos α=-32. (2)因为π2<α<π,π
2
<β<π,
所以-π<-β<-π2,故-π2<α-β<π
2.
又sin(α-β)=-35,得cos(α-β)=4
5.
cos β=cos[α-(α-β)]
=cos αcos(α-β)+sin αsin(α-β) =-
32×45+12×⎝⎛⎭⎫
-35=-43+310
. B 组 专项能力提升 (时间:25分钟,满分:43分)
1. 已知tan(α+π4)=12,且-π
2<α<0,则2sin 2α+sin 2αcos (α-π
4
)
等于
( )
A .-255
B .-3510
C .-31010
D.255
答案 A
解析 由tan(α+π4)=tan α+11-tan α=12,得tan α=-1
3.
又-π2<α<0,所以sin α=-10
10
.
故2sin 2α+sin 2αcos (α-π4)=2sin α(sin α+cos α)2
2(sin α+cos α)=22sin α=-255.
2. 定义运算⎪⎪
⎪⎪⎪⎪
a b c
d =ad -bc ,若cos α=17,⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin α sin βcos α cos β=3314,0<β<α<π
2,则β等于( ) A.π
12
B.π
6
C.π4
D.π3
答案 D
解析 依题意有sin αcos β-cos αsin β=sin(α-β)=33
14

又0<β<α<π2,∴0<α-β<π
2,
故cos(α-β)=1-sin 2(α-β)=13
14,
而cos α=17,∴sin α=43
7,
于是sin β=sin[α-(α-β)] =sin αcos(α-β)-cos αsin(α-β) =
437×1314-17×3314=32
, 故β=π
3
,选D.
3. 设x ∈⎝⎛⎭⎫0,π2,则函数y =2sin 2
x +1sin 2x
的最小值为________. 答案
3
解析 方法一 因为y =2sin 2x +1sin 2x =2-cos 2x
sin 2x ,
所以令k =2-cos 2x sin 2x
.又x ∈⎝⎛⎭⎫0,π2, 所以k 就是单位圆x 2+y 2=1的左半圆上的动点P (-sin 2x ,cos 2x )与定点Q (0,2)所成直线的斜率.又k min =tan 60°=3,所以函数y =2sin 2x +1
sin 2x 的最小值为 3.
方法二 y =2sin 2x +1sin 2x =3sin 2x +cos 2x
2sin x cos x
=3tan 2x +12tan x =32tan x +1
2tan x .
∵x ∈(0,π
2),∴tan x >0.
∴32tan x +12tan x ≥232tan x ·1
2tan x
= 3. (当tan x =
33,即x =π
6
时取等号) 即函数的最小值为 3.
4. 已知tan(π+α)=-1
3,tan(α+β)=sin 2(π
2-α)+4cos 2α
10cos 2α-sin 2α
.
(1)求tan(α+β)的值; (2)求tan β的值.
解 (1)∵tan(π+α)=-13,∴tan α=-1
3
.
∵tan(α+β)=sin 2(π
2
-α)+4cos 2α
10cos 2α-sin 2α
=sin 2α+4cos 2α10cos 2α-sin 2α=2sin αcos α+4cos 2α10cos 2α-2sin αcos α =2cos α(sin α+2cos α)
2cos α(5cos α-sin α)

sin α+2cos α5cos α-sin α=tan α+2
5-tan α
=-13+25-(-13
)
=516.
(2)tan β=tan[(α+β)-α]=tan (α+β)-tan α
1+tan (α+β)tan α
=516+131-516×13
=3143.
5. 已知函数f (x )=2cos ⎝
⎛⎭⎫ωx +π
6(其中ω>0,x ∈R )的最小正周期为10π. (1)求ω的值;
(2)设α,β∈⎣⎡⎦⎤0,π2,f ⎝⎛⎭⎫5α+53π=-6
5,f ⎝⎛⎭⎫5β-56π =16
17,求cos(α+β)的值. 解 (1)由T =2πω=10π得ω=1
5
.
(2)由⎩⎨

f ⎝⎛⎭⎫5α+53π=-65
,f ⎝⎛⎭⎫5β-56π=1617
得⎩⎨

2cos ⎣⎡⎦⎤15⎝⎛⎭⎫5α+53π+π6=-65
,2cos ⎣⎡⎦⎤15⎝⎛⎭⎫5β-56π+π6=1617,
整理得⎩⎨⎧
sin α=35

cos β=8
17
. ∵α,β∈⎣⎡⎦
⎤0,π
2, ∴cos α=1-sin 2α=45,sin β=1-cos 2β=15
17
.
∴cos(α+β)=cos αcos β-sin αsin β
=4

8
17-
3

15
17=-
13
85.。

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