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两角和与差的正弦、余弦、正切

 

一、学习要求

  掌握两角和与两角差的正弦、余弦、正切公式.通过公式的推导,了解它们的内在联系,从而培养逻辑推理能力.

  能正确运用三角公式,进行简单三角函数式的化简,求值和恒等式证明.

二、重点难点

  重点是正弦、余弦的和(差)角公式,它们是全部和(差)角公式及后面的倍角公式等的基础.

  难点是余弦的和角公式的推导.充分利用单位圆、平面内两点间的距离公式及化简过程,是克服这一难点的关键.

三、学法点拨

1、两角和与差的余弦公式

cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ(C(α+β))

cos(α-β)=cosαcosβ+sinαsinβ(C(α-β))

[点拨]

  (1)上述公式对α、β取任意角都成立.

  (2)公式特点:公式中右边有两项,中间符号与左边角间符号相反,两项排列顺序是:cosαcosβ、sinαsinβ.

  (3)牢记公式并能熟练进行左、右互化.

  如化简:cos(α+β)cosβ+sin(α+β)sinβ时,不要将cos(α+β)、sin(α+β)展开,而应就整个式子直接用公式化为cos[(α+β)-β]=cosα.

  (4)和(差)角公式可看成诱导公式的推广,诱导公式可看成和(差)角公式的特例.当α、β中有一个角为的整数倍时,以利用诱导公式较为简捷.

2、两角和与差的正弦公式

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ(S(α+β))

sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ(S(α-β))

[点拨]

  (1)上述公式对α、β取任意角都成立.

  (2)公式特点:右边有两项,中间的符号与左边角间符号一致,两项顺序为:sinαcosβ、cosαsinβ.

  (3)牢记公式并能熟练进行左、右互化.如化简sin(α+β)cosβ+cos(α+β)sinβ=?可直接用公式化简为sin[(α+β)+β]=sin(α+2β).

  (4)两角和与差的三角函数是诱导公式的推广,诱导公式是它的特例,当α、β中有一个角为90°的整数倍时,用诱导公式较为简便.

3、两角和与差的正切公式

  

[点拨]

  (1)Tα+β中:α、β、α+β都不取(k∈Z)时,公式才适用;Tα-β中:α、β、α-β都不取(k∈Z)时,公式才适用.

  (2)如α、β、α±β有一个角取(k∈Z)时,可用诱导公式,

    

  (3)公式特征:右边分子为两项:tanα、tanβ,中间符号与右边角间符号一致;右边分母为两项:1,tanαtanβ,中间符号与左边角间符号相反.

  (4)注意左、右互化,如求值:,可将式子化为:

    

4、和(差)角的正、余弦公式的“加”、“减”、“乘”规律

  (1)sin(α+β)+sin(α-β)=2sinαcosβ

  (2)sin(α+β)-sin(α-β)=2cosαsinβ

  (3)sin(α+β)·sin(α-β)=sin2α-sin2β

  (4)cos(α+β)+cos(α-β)=2cosαcosβ

  (5)cos(α+β)-cos(α-β)=-2sinαsinβ

  (6)cos(α+β)·cos(α-β)=cos2α-sin2β

5、和(差)角的正切公式的变形形式

  由tan(α+β)=变形得

  tanα+tanβ+tanαtanβtan(α+β)=tan(α+β)

  由tan(α-β)=变形,

  得.

6、形如asinθ+bcosθ的三角函数式可化成一个角的一个三角函数

  即asinθ+bcosθ=

  令.

  故asinθ+bcosθ=

  此即为化一公式,其中.

7、正弦、余弦、正切的和(差)角公式的联系

四、典型例题解析

1、利用和、差角公式进行求值

例1、已知,求sin(α+β).

分析:

解析:

例2、已知

分析:

解析:

   

点评:

  利用和(差)角公式进行求值时,一定要注意角的变换,另外还要注意公式的灵活运用,左右互化等.

2、利用和、差角公式进行化简

例3、化简.

分析:将每个公式中分子用差角公式展开.

解析:原式

     

例4、化简:tanθ·tan2θ+tan2θ·tan3θ+…+tan nθ·tan(n+1)θ(n∈N).

分析:

  问题实质是求数列{tankθ·tan(k+1)θ}的前n项和,从通项入手,利用差角(k+1)θ-kθ=θ的正切,产生tan(k+1)θtankθ,再裂项求和.

解析:

   

点评:

  对于正切和(差)角公式有时常用它的变形形式:

  tanα+tanβ=tan(α+β)(1-tanαtanβ)

  tanα-tanβ=tan(α-β)(1+tanαtanβ)

  一般是指同一个式子中,既有两角的正切和(差),又有两角的正切积时用上述两公式进行变形较为简便.

3、利用和、差角公式进行证明

例5、求证:.

分析:2α+β=(α+β)+α

证明:

  左边

    

    =右边

点评:等角变换,公式的左、右互化是解本题的关键.

例6、已知sin(2α+β)=3sinβ,(k,n∈Z),

求证:tan(α+β)=2tanα.

分析1:

  由条件进行等角度换2α+β=(α+β)+α,β=(α+β)-α,利用和差角的正弦公式展开,化简得待证等式.

证明:∵ sin(2α+β)=3sinβ

   ∴ sin[(α+β)+α]=3sin[(α+β)-α]

   sin(α+β)cosα+cos(α+β)sinα=3sin(α+β)cosα-3cos(α+β)sinα

   4cos(α+β)sinα=2sin(α+β)cosα

   即 sin(α+β)cosα=2cos(α+β)sinα

   ∴ tan(α+β)=2tanα.

分析2:

  刚才的解法是从条件到结论.本题亦可用等价转换法证明,尤其是“观察到”条件中有系数“3”,故我们首先“关注”结论中的系数“2”.利用合分比定理,可“构造”出2来.

证明:

  

  故命题成立.

点评:

  ①两个化切为弦关系很常用:

   

  ②,这种结构,常联想实施合分比变换.

4、和、差角公式的综合运用

例7、求函数y=3sin(x+20°)+5sin(x+80°)的最大值.

分析一:

  由于涉及到的两角不一致,故可考虑利用和角公式先展开,然后再重新组合。

解:

  

  

   ∴函数y=3sin(x+20°)+5sin(x+80°)的最大值是7.

分析二:可把x+20°作为整体.

解:令α= x+20°,则x+80°=α+60°.

  y=3sinα+5sin(α+60°)=3sinα+5sinαcos60°+5cosαsin60°

   =.

  ∴函数y的最大值是7.

例8、 已知tanα、tanβ是方程的两根,且求α+β的值.

分析: 由根与系数的关系联想到和角的正切公式来求解.

解析:

   

点评: 本题既要注意到α+β的取值范围,又要善于发掘隐含条件tanα<0,tanβ<0.

例9、求值:(1+tan1°)(1+tan2°)…(1+tan44°).

分析:利用两角和的正切公式的变形,

   tanα+tanβ=tan(α+β)(1-tanαtanβ).

解析:∵(1+tan1°)(1+tan44°)

    =1+(tan1°+tan44°)+tan1°tan44°

    =1+tan(1°+44°)(1-tan1°tan44°)+tan1°tan44°

    =1+tan45°(1-tan1°tan44°)+tan1°tan44°

    =1+(1-tan1°tan44°)+tan1°tan44°

    =2

    同理可求得(1+tan2°)(1+tan43°)=2……

    ∴原式=222

点评:

  注意到1°+44°=45°,2°+43°=45°,…,利用和角的正切公式变形是解题的切入点.

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