知识点 47 三角函数式的化简与求值
【基础回顾】
1.三角函数诱导公式
对于角(k∈Z)的三角函数记忆口诀“奇变偶不变,符号看象限”,“奇变偶不变”是指“当k为奇数时,正弦变余弦,余弦变正弦;当k为偶数时,函数名不变”.“符号看象限”是指“在α的三角函数值前面加上当α为锐角时,原函数值的符号”.
2. 同角三角函数间的关系
平方关系:sin2α+cos2α=1(α∈R).
商数关系:
3.两角和与差的正弦、余弦、正切公式
cos(α-β)=cosαcosβ+sinαsinβ;
cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ;
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ;
sin(α-β)=sinαcosβ-cosαsinβ;
4.二倍角的正弦、余弦、正切公式
sin2α=2sinαcosα;
cos2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α;
【二级结论必备】
tanα±tanβ=tan(α±β)(1±tanαtanβ);
1+sin2α=(sinα+cosα)2,1-sin2α=(sinα-cosα)2,
函数f(α)=acosα+bsinα(a,b为常数),可以化为或,其中φ可由a,b的值唯一确定.
【技能方法】
1.利用三角函数定义化简、求值
利用三角函数的定义,求一个角的三角函数值,需确定三个量:
角的终边上任意一个异于原点的点的横坐标x,纵坐标y,该点到原点的距离r.若题目中已知角的终边在一条直线上,此时注意在终边上任取一点有两种情况(点所在象限不同).
例1. 已知角α的终边上一点P(,m)(m≠0), 且,求cosα, tanα的值.
【解析】
由题设知x=,y=m,
所以r2=|OP|2=(-)2+m2(O为原点),
所以
所以
即3+m2=8,解得m=±.
【点评】
用定义法求三角函数值的两种情况:
①已知角α终边上一点P的坐标,则可先求出点P到原点的距离r,然后用三角函数的定义求解;
②已知角α的终边所在的直线方程,则可先设出终边上一点的坐标,求出此点到原点的距离,然后用三角函数的定义来求解.
2. 利用同角三角函数间的关系化简、求值
三角求值、化简是三角函数的基础,在求值与化简时,常用方法有:(1)弦切互化法:主要利用公式化成正弦、余弦函数;(2)和积转换法:如利用(sinθ±cosθ)2=1±2sinθcosθ的关系进行变形、转化;(3)巧用“1”的变换:1=sin2θ+cos2θ=cos2θ(1+tan2θ)=tan=….
例2. 已知α是三角形的内角,且, 求sinα+cosα的值.
【解析一】
将其代入sin2α+cos2α=1,
得,所以,易知cosα<0,
【解析二】
因为α是三角形的内角且
所以α为第二象限角,
【点评】
同角关系及诱导公式要注意象限角对三角函数符号的影响,尤其是利用平方关系在求三角函数值时,进行开方时要根据角的象限或范围,判断符号后,正确取舍.
3. 利用诱导公式化简、求值
利用诱导公式化简三角函数的基本思路和化简要求:(1)基本思路:①分析结构特点,选择恰当公式;②利用公式化成单角三角函数;③整理得最简形式.(2)化简要求:①化简过程是恒等变形;②结果要求项数尽可能少,次数尽可能低,结构尽可能简单,能求值的要求出值.
例3.设 且1+2sinα≠0.则
【点评】
诱导公式应用的步骤:任意负角的三角函数→任意正角的三角函数→0-2π的角的三角函数→锐角三角函数.诱导公式应用时不要忽略了角的范围和三角函数的符号.
4. 利用三角函数的性质化简、求值
对于三角函数图象的平移变换问题,其平移变换规则是“左加、右减”,并且在变换过程中只变换其中的自变量x,如果x的系数不是1,就要把这个系数提取后再确定变换的单位和方向.另外,当两个函数的名称不同时,首先要将函数名称统一,其次要把ωx+φ变换成,最后确定平移的单位并根据的符号确定平移的方向.
例4. 将函数y=sin(2x+φ)的图象沿x轴向左平移个单位后,得到一个偶函数的图象,则φ的一个可能取值为( ).
【答案】B
【解析】
把函数y=sin(2x+φ)的图象向左平移个单位长得函数,则由根据选项检验可知φ的一个可能取值为. 故选B.
【点评】
本题主要考查函数图象的平移变换.注意把函数y=2sin(2x+φ)的图象沿x轴向左平移个单位得到是错误的,应注意警惕.
5. 利用和差公式化简、求值
解三角函数问题的基本思想是“变换”,通过适当的变换达到由此及彼的目的,变换的基本方向有两个,一个是变换函数的名称,一个是变换角的形式.变换函数名称可以使用诱导公式、同角三角函数关系、二倍角的余弦公式等;变换角的形式,可以使用两角和与差的三角函数公式、倍角公式等.
例5. (2014•江苏高考)已知
(1)求的值;
(2)求的值.
【解析】
(1)因为
(2)由(1)知sin2α=2sinαcosα=
【点评】
两角和与差的三角函数公式可看作是诱导公式的推广,可用α、β的三角函数表示α±β的三角函数,在使用两角和与差的三角函数公式时,特别要注意角与角之间的关系,完成统一角和角与角转换的目的.
【基础达标】
1. 【2015 新课标I】sin20ºcos10º-cos160ºsin10º=( )
【答案】D
【解析】
原式=sin20ºcos10º-cos160ºsin10º=sin30º=,故选D.
2.已知α是第二象限角,P(x,)为其终边上一点,且,则x=( )
【答案】D
【解析】
依题意得,由此解得,选D.
3. 【2015 福建】若,且α为第四象限角,则tanα的值等于( )
【答案】D
【解析】
由,且α为第四象限角,
则,则,故选D.
4.【2015 江苏】已知tanα=-2,tan(α+β),则tanβ的值为_______.
【答案】3
【解析】
5. 已知函数f(x)=asin(πx+α)+bcos(πx+β),且f(4)=3,则f(2 015)的值为( )
A.-1 B.1
C.3 D.-3
【答案】D
【解析】
因为f(4)=asin(4π+α)+bcos(4π+β)=asinα+bcosβ=3,
所以f(2015)=asin(2015π+α)+bcos(2015π+β)
=asin(π+α)+bcos(π+β)
=-asinα-bcosβ
=-(asinα+bcosβ)=-3.
即f(2015)=-3.
所以.故选D.
【能力提升】
1.【2015•辽宁五校联考】设偶函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的部分图象如图所示,△KLM为等腰直角三角形,∠KML=90°,KL=1,则的值为( )
【答案】D
【解析】
由题意知,点M到x轴的距离是,
根据题意可设,又由题图知,所以ω=π,
2.【2015•东北三校第二次联考】已知,则=( )
【答案】B
【解析】
因为sinα+cosα=,
所以(sinα+cosα)2=1+2sinαcosα=,
所以sin2α=,
所以
3.【2015 湖南】将函数f(x)=sin2x的图象向右平移个单位后得到函数g(x)的图像,若对满足|f(x1)-g(x2)|=2的x1,x2,有 ,则φ=( )
【答案】D
【解析】
向右平移φ个单位后,得到g(x)=sin(2x-2φ),
又因为|f(x1)-g(x2)|=2,
所以不妨
所以又因为 ,
所以,故选D.
4.已知,且,则cos(α-β)的值为________.
【解析】
又,α+β∈(0,π),所以
所以cos(α-β)=cos[2α-(α+β)]
=cos2αcos(α+β)+sin2αsin(α+β)
5. 【2015•新疆阿勒泰二模】已知α为第二象限角,
则=________.
【答案】0
【解析】
因为α是第二象限角,所以sinα>0, cosα<0,
所以,即原式等于0.
【终极突破】
1.【2015 重庆】若,则( )
A.1 B.2
C.3 D.4
【答案】C
【解析】
,选C.
2.【2015•赣州模拟】已知,则的值为( )
【答案】A
【解析】
由条件得
所以
3.【2015•兰州检测】在斜三角形ABC中,sinA=-cos B•cos C,且tan B•tan C=1-2,则角A的值为( )
【答案】A
【解析】
由题意知,sinA=-cosB•cosC=sin(B+C)
=sinB•cosC+cosB•sinC,
在等式-cosB•cosC=sinB•cosC+cosB•sinC两边同除以cosB•cosC得tanB+tanC=-,
又tan(B+C)==-1=-tanA,即tanA=1,
所以
4.【2015•广东中山一模】已知cos α=13,cos(α+β)=-13,且α,β∈ ,则cos(α-β)的值等于( )
【答案】D
【解析】
因为,所以2α∈(0,π).
因为,所以
所以
而,所以α+β∈(0,π),
所以
所以cos(α-β)=cos[2α-(α+β)]=cos2αcos(α+β)+sin2αsin(α+β)
5.【2015 广东】已知tanα=2.
(1)求的值;
(2)求的值.
【解析】