人教B版 (2019)必修 第三册8.2.2 两角和与差的正弦、正切导学案
展开【第一课时】
【教学目标】
1.能利用两角和与差的余弦公式及诱导公式导出两角差的正弦公式、两角和的正弦公式.
2.能利用公式解决简单的化简求值问题.
【教学重难点】
利用两角和与差的正弦公式解决简单的化简求值问题.
【教学过程】
一、问题导入
怎样借助30°,45°的三角函数值求出sin75°,sin15°的值?
二、新知探究
1.利用公式化简求值
【例1】(1)eq \f(sin 47°-sin 17°cs 30°,cs 17°)=( )
A.-eq \f(\r(3),2) B.-eq \f(1,2)
C.eq \f(1,2) D.eq \f(\r(3),2)
(2)求sin 157°cs 67°+cs 23°sin 67°的值;
(3)求sin(θ+75°)+cs(θ+45°)-eq \r(3)cs(θ+15°)的值.
[思路探究](1)化简求值应注意公式的逆用.
(2)(3)对于非特殊角的三角函数式化简应转化为特殊角的三角函数值.
(1)C [eq \f(sin 47°-sin 17°cs 30°,cs 17°)
=eq \f(sin17°+30°-sin 17°cs 30°,cs 17°)
=eq \f(sin 17°cs 30°+cs 17°sin 30°-sin 17°cs 30°,cs 17°)
=eq \f(cs 17°sin 30°,cs 17°)=sin 30°=eq \f(1,2).]
(2)解:原式=sin(180°-23°)cs 67°+cs 23°sin 67°
=sin 23°cs 67°+cs 23°sin 67°=sin(23°+67°)=sin 90°=1.
(3)sin(θ+75°)+cs(θ+45°)-eq \r(3)cs(θ+15°)
=sin(θ+15°+60°)+cs(θ+15°+30°)-eq \r(3)cs(θ+15°)
=sin(θ+15°)cs 60°+cs(θ+15°)sin 60°+cs(θ+15°)·
cs 30°-sin(θ+15°)sin 30°-eq \r(3)cs(θ+15°)
=eq \f(1,2)sin(θ+15°)+eq \f(\r(3),2)cs(θ+15°)+eq \f(\r(3),2)cs(θ+15°)-eq \f(1,2)sin(θ+15°)-eq \r(3)cs(θ+15°)=0.
【教师小结】
(一)对于非特殊角的三角函数式,要想利用两角和与差的正弦、余弦公式求出具体数值,一般有以下三种途径:
(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)化为分子、分母形式,进行约分再求值.
(二)在进行求值过程的变换中,一定要本着先整体后局部的基本原则,先整体分析三角函数式的特点,如果整体符合三角公式,则整体变形,否则进行各局部的变换.
2.给值(式)求值
【例2】设α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π)),β∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,2),2π)),若cs α=-eq \f(1,2),sin β=-eq \f(\r(3),2),求sin(α+β)的值.
[思路探究]应用公式⇒注意角的范围⇒求出所给角的正弦值.
[解]因为α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π)),cs α=-eq \f(1,2),所以sin α=eq \f(\r(3),2),因为β∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,2),2π)),sin β=-eq \f(\r(3),2),所以cs β=eq \f(1,2).
所以sin(α+β)=sin αcs β+cs αsin β
=eq \f(\r(3),2)×eq \f(1,2)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(\r(3),2)))=eq \f(\r(3),2).
1.(变结论)若条件不变,试求sin(α-β)+cs(α-β)的值.
[解] sin(α-β)+cs(α-β)=sin αcs β-cs αsin β+cs αcs β+sin αsin β=eq \f(\r(3),2)×eq \f(1,2)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(\r(3),2)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))×eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(\r(3),2)))=eq \f(\r(3),4)-eq \f(\r(3),4)-eq \f(1,4)-eq \f(3,4)=-1.
2.(变条件)若将角β的条件改为第三象限,其他条件不变,则结果如何?
[解] 因为α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π)),cs α=-eq \f(1,2),所以sin α=eq \f(\r(3),2).
因为β为第三象限,所以cs β=-eq \f(1,2).
所以sin(α+β)=sin αcs β+cs αsin β=eq \f(\r(3),2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(\r(3),2)))=-eq \f(\r(3),4)+eq \f(\r(3),4)=0.
【教师小结】
(1)当“已知角”有两个或多个时,“所求角”一般可以表示为其中两个“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,然后应用诱导公式把“所求角”变成“已知角”.
(3)角的拆分方法不唯一,可根据题目合理选择拆分方式.
提醒:解题时要重视角的范围对三角函数值的制约,从而恰当、准确地求出三角函数值.
3.辅助角公式的应用
[探究问题]
(1)函数y=sin x+cs x(x∈Z)的最大值为2对吗?为什么?
[提示] 不对.因为sin x+cs x
=eq \r(2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(2),2)sin x+\f(\r(2),2) cs x))
=eq \r(2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin x·cs \f(π,4)+cs x·sin \f(π,4)))=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,4))),
所以函数的最大值为eq \r(2).
(2)函数y=3sin x+4cs x的最大值等于多少?
[提示] 因为y=3sin x+4cs x
=5eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,5)sin x+\f(4,5)cs x)),
令cs φ=eq \f(3,5),sin φ=eq \f(4,5),
则y=5(sin xcs φ+cs xsin φ)=5sin(x+φ),
所以函数y的最大值为5.
(3)如何推导asin x+bcs x=eq \r(a2+b2)sin(x+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(tan φ=\f(b,a)))公式?
[提示] asin x+bcs x
=eq \r(a2+b2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,\r(a2+b2))sin x+\f(b,\r(a2+b2))cs x)),
令cs φ=eq \f(a,\r(a2+b2)),sin φ=eq \f(b,\r(a2+b2)),则
asin x+bcs x=eq \r(a2+b2)(sin xcs φ+cs xsin φ)
=eq \r(a2+b2)sin(x+φ)(其中φ角所在象限由a,b的符号确定,φ角的值由tan φ=eq \f(b,a)确定,或由sin φ=eq \f(b,\r(a2+b2))和cs φ=eq \f(a,\r(a2+b2))共同确定).
【例3】设函数f(x)=sin x+sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3))).
(1)求f(x)的最小值,并求使f(x)取得最小值的x的集合;
(2)不画图,说明函数y=f(x)的图像可由y=sin x的图像经过怎样的变化得到.
[思路探究]辅助角公式⇒转化成“一角一函数”的形式⇒将所给函数展开与合并.
[解](1)f(x)=sin x+sin xcs eq \f(π,3)+cs xsin eq \f(π,3)=sin x+eq \f(1,2)sin x+eq \f(\r(3),2)cs x=eq \f(3,2)sin x+eq \f(\r(3),2)cs x
=eq \r(3)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin xcs \f(π,6)+cs xsin \f(π,6)))=eq \r(3)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6))),
当sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6)))=-1时,f(x)min=-eq \r(3),
此时x+eq \f(π,6)=eq \f(3π,2)+2kπ(k∈Z),所以x=eq \f(4π,3)+2kπ(k∈Z).
所以f(x)的最小值为-eq \r(3),x的集合为
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=\f(4π,3)+2kπ,k∈Z)))).
(2)将y=sin x的图像上所有点的横坐标不变,纵坐标变为原来的eq \r(3)倍,得y=eq \r(3)sin x的图像;
然后将y=eq \r(3)sin x的图像上所有的点向左平移eq \f(π,6)个单位长度,得f(x)=eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6)))的图像.
【母题探究】
(变结论)例题中的条件不变,试求函数f(x)的单调区间?
[解] 由本例解析知函数可化为f(x)=eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6))),
当2kπ-eq \f(π,2)≤x+eq \f(π,6)≤2kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),
即2kπ-eq \f(2π,3)≤x≤2kπ+eq \f(π,3)(k∈Z)时,函数为增函数;
当2kπ+eq \f(π,2)≤x+eq \f(π,6)≤2kπ+eq \f(3π,2),
即2kπ+eq \f(π,3)≤x≤2kπ+eq \f(4π,3)(k∈Z)时,函数为减函数.
所以函数f(x)的单调增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2kπ-\f(2π,3),2kπ+\f(π,3)))(k∈Z),
函数f(x)的单调减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2kπ+\f(π,3),2kπ+\f(4π,3)))(k∈Z).
三、课堂总结
1.两角和与差的正弦公式的结构特点
(1)公式中的α,β均为任意角.
(2)两角和与差的正弦公式可以看成是诱导公式的推广,诱导公式可以看成是两角和与差的正弦公式的特例.
(3)两角和与差的正弦公式结构是“正余余正,加减相同”,两角和与差的余弦公式结构是“余余正正,加减相反”.
2.两角和与差的正弦、余弦公式的内在联系
3.使用和差公式时不仅要会正用,还要能够逆用公式.
四、课堂检测
1.若cs α=-eq \f(4,5),α是第三象限的角,则sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,4)))=( )
A.-eq \f(7\r(2),10) B.eq \f(7\r(2),10)
C.-eq \f(\r(2),10) D.eq \f(\r(2),10)
A [∵cs α=-eq \f(4,5),α为第三象限角,∴sin α=-eq \f(3,5),由两角和的正弦公式得sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,4)))=sin αcs eq \f(π,4)+cs α·sin eq \f(π,4)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(3,5)))×eq \f(\r(2),2)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(4,5)))×eq \f(\r(2),2)=-eq \f(7\r(2),10).]
2.函数f(x)=sin x-cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6)))的值域为( )
A.[-2,2] B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\r(3),\r(3)))
C.[-1,1] D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(\r(3),2),\f(\r(3),2)))
B [f(x)=sin x-cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6)))
=sin x-eq \f(\r(3),2)cs x+eq \f(1,2)sin x
=eq \f(3,2)sin x-eq \f(\r(3),2)cs x=eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6))),
所以函数f(x)的值域为[-eq \r(3),eq \r(3)].
故选B.]
3.sin 155°cs 35°-cs 25°cs 235°=________.
eq \f(\r(3),2) [原式=sin 25°cs 35°+cs 25°sin 35°=
sin(25°+35°)=sin 60°=eq \f(\r(3),2).]
4.已知α,β均为锐角,sin α=eq \f(\r(5),5),cs β=eq \f(\r(10),10),求α-β.
[解] ∵α,β均为锐角,sin α=eq \f(\r(5),5),cs β=eq \f(\r(10),10),
∴sin β=eq \f(3\r(10),10),cs α=eq \f(2\r(5),5).
∵sin α
=eq \f(\r(5),5)×eq \f(\r(10),10)-eq \f(2\r(5),5)×eq \f(3\r(10),10)=-eq \f(\r(2),2),∴α-β=-eq \f(π,4).
【第二课时】
【教学目标】
1.能利用两角和与差的余弦公式、正弦公式推导出两角和与差的正切公式.
2.掌握两角和与差的正切公式的变形使用,能利用公式进行简单的求值、化简等.
【教学重难点】
利用两角和与差的正弦公式解决简单的化简求值问题.
【教学过程】
一、问题导入
怎样借助30°,45°的三角函数值求出tan75°,tan15°的值?
二、新知探究
1.利用公式化简求值
【例1】求下列各式的值:
(1)tan 15°;(2)eq \f(1-\r(3)tan 75°,\r(3)+tan 75°);
(3)tan 23°+tan 37°+eq \r(3)tan 23°tan 37°.
[思路探究]把非特殊角转化为特殊角(如(1))及公式的逆用(如(2))与活用(如(3)),通过适当的变形变为可以使用公式的形式,从而达到化简或求值的目的.
[解](1)tan 15°=tan(45°-30°)
=eq \f(tan 45°-tan 30°,1+tan 45°tan 30°)=eq \f(1-\f(\r(3),3),1+\f(\r(3),3))=eq \f(3-\r(3),3+\r(3))=2-eq \r(3).
(2)eq \f(1-\r(3)tan 75°,\r(3)+tan 75°)=eq \f(\f(\r(3),3)-tan 75°,1+\f(\r(3),3)tan 75°)
=eq \f(tan 30°-tan 75°,1+tan 30°tan 75°)
=tan(30°-75°)=tan(-45°)=-tan 45°=-1.
(3)∵tan(23°+37°)=tan 60°=eq \f(tan 23°+tan 37°,1-tan 23°tan 37°)=eq \r(3),
∴tan 23°+tan 37°=eq \r(3)(1-tan 23°tan 37°),
∴原式=eq \r(3)(1-tan 23°tan 37°)+eq \r(3)tan 23°tan 37°=eq \r(3).
【教师小结】
(1)公式Tα+β,Tα-β是变形较多的两个公式,公式中有tan αtan β,tan α+tan β(或tan α-tan β),tan(α+β)(或tan(α-β)).三者知二可表示或求出第三个.
(2)一方面要熟记公式的结构,另一方面要注意常值代换.
2.条件求值(角)问题
【例2】如图,在平面直角坐标系xOy中,以Ox轴为始边作两个锐角α,β,它们的终边分别与单位圆相交于A,B两点,已知A,B的横坐标分别为eq \f(\r(2),10),eq \f(2\r(5),5).
(1)求tan(α+β)的值;(2)求α+2β的值.
[思路探究]先由任意角的三角函数定义求出cs α,cs β,再求sin α,sin β,从而求出tan α,tan β,然后利用Tα+β求tan(α+β),最后利用α+2β=(α+β)+β,求tan(α+2β)进而得到α+2β的值.
[解]由条件得
cs α=eq \f(\r(2),10),cs β=eq \f(2\r(5),5),
∵α,β为锐角,
∴sin α=eq \f(7\r(2),10),sin β=eq \f(\r(5),5),
∴tan α=7,tan β=eq \f(1,2).
(1)tan(α+β)=eq \f(tan α+tan β,1-tan αtan β)=eq \f(7+\f(1,2),1-7×\f(1,2))=-3.
(2)tan(α+2β)=tan[(α+β)+β]
=eq \f(tanα+β+tan β,1-tanα+β·tan β)=eq \f(-3+\f(1,2),1--3×\f(1,2))=-1,
∵α,β为锐角,∴0<α+2β<eq \f(3π,2),∴α+2β=eq \f(3π,4).
【教师小结】
(一)通过先求角的某个三角函数值来求角.
(二)选取函数时,应遵照以下原则:
(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eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(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eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2))),选正弦较好.
(三)给值求角的一般步骤:
(1)求角的某一三角函数值;
(2)确定角的范围;
(3)根据角的范围写出所求的角.
3.公式的变形应用
[探究问题]
(1)判断三角形的形状时,都有哪些特殊三角形?
[提示]根据三角形的边角关系,常见的特殊三角形有等边三角形、等腰三角形、锐角三角形、直角三角形、钝角三角形等.
(2)在△ABC中,tan(A+B)与tan C有何关系?
[提示]根据三角形内角和定理可得A+B+C=π,
∴A+B=π-C,
∴tan(A+B)=tan(π-C)=-tan C.
【例3】已知△ABC中,tan B+tan C+eq \r(3)tan Btan C=eq \r(3),且eq \r(3)tan A+eq \r(3)tan B+1=tan Atan B,判断△ABC的形状.
[思路探究]eq \x(化简条件)→eq \x(求出tan A,tan C)→
eq \x(求出角A,C)→eq \x(判断形状).
[解]由tan A=tan[π-(B+C)]
=-tan(B+C)
=eq \f(tan B+tan C,tan Btan C-1)=eq \f(\r(3)-\r(3)tan Btan C,tan Btan C-1)=-eq \r(3).
而0°<A<180°,
∴A=120°.
由tan C=tan[π-(A+B)]=eq \f(tan A+tan B,tan Atan B-1)
=eq \f(tan A+tan B,\r(3)tan A+\r(3)tan B)=eq \f(\r(3),3),
而0°<C<180°,
∴C=30°,
∴B=30°.
∴△ABC是顶角为120°的等腰三角形.
(变条件)例题中把条件改为“tan B+tan C-eq \r(3)tan Btan C=-eq \r(3),且eq \f(\r(3),3)tan A+eq \f(\r(3),3)tan B+1=tan Atan B”,结果如何?
[解] 由tan A=tan [π-(B+C)]
=-tan (B+C)=eq \f(tan B+tan C,tan Btan C-1)
=eq \f(\r(3)tan Btan C-\r(3),tan Btan C-1)=eq \r(3).
又0°由tan C=tan [π-(A+B)]
=eq \f(tan A+tan B,tan Atan B-1)=eq \f(tan A+tan B,\f(\r(3),3)tan A+\f(\r(3),3)tan B)=eq \r(3).
又0°
所以△ABC是等边三角形.
【教师小结】
公式Tα+β的逆用及变形应用的解题策略
(1)“1”的代换:在Tα+β中,如果分子中出现“1”常利用
1=tan 45°来代换,以达到化简求值的目的,
如eq \f(1-tan α,1+tan α)=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)-α));
eq \f(\r(3)tan α+\r(3),1-tan α)=eq \r(3)tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,4))).
(2)整体意识:若化简的式子中出现了“tan α±tan β”及“tan α·tan β”两个整体,常考虑tan(α±β)的变形公式.
三、课堂总结
1.公式T(α±β)的适用范围和结构特征
(1)由正切函数的定义可知α、β、α+β(或α-β)的终边不能落在y轴上,即不为kπ+eq \f(π,2)(k∈Z).
(2)公式T(α±β)的右侧为分式形式,其中分子为tan α与tan β的和或差,分母为1与tan αtan β的差或和.
2.两角和与差的正切公式的变形
变形公式如:tan α+tan β=tan(α+β)(1-tan α tan β);
tan α-tan β=tan(α-β)(1+tan α tan β);
tan α tan β=1-eq \f(tan α+tan β,tan α+ β)等.
四、课堂检测
1.设角θ的终边过点(2,3),则taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(θ-\f(π,4)))=( )
A.eq \f(1,5)B.-eq \f(1,5)
C.5D.-5
A [由于角θ的终边过点(2,3),因此tan θ=eq \f(3,2),故taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(θ-\f(π,4)))=eq \f(tan θ-1,1+tan θ)=eq \f(\f(3,2)-1,1+\f(3,2))=eq \f(1,5),选A.]
2.tan 10°tan 20°+eq \r(3)(tan 10°+tan 20°)等于( )
A.eq \f(\r(3),3)B.1
C.eq \r(3) D.eq \r(6)
B [原式=tan 10°tan 20°+eq \r(3)tan 30°(1-tan 10°tan 20°)=tan 10°tan 20°+1-tan 10°tan 20°=1.]
3.计算eq \f(\r(3)-tan 15°,1+\r(3)tan 15°)=________.
1 [eq \f(\r(3)-tan 15°,1+\r(3)tan 15°)=eq \f(tan 60°-tan 15°,1+tan 60°tan 15°)
=tan 45°=1.]
4.已知tan(α+β)=eq \f(2,5),taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(β-\f(π,5)))=eq \f(1,4),求taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,5)))的值.
[解] ∵α+eq \f(π,5)=(α+β)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(β-\f(π,5))),
∴taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,5)))=taneq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(α+β-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(β-\f(π,5)))))
=eq \f(tanα+β-tan\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(β-\f(π,5))),1+tanα+βtan\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(β-\f(π,5))))=eq \f(\f(2,5)-\f(1,4),1+\f(2,5)×\f(1,4))
=eq \f(3,22).
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