2021届北师大版高考理科数一轮复习教师用书:第四章 第3讲 第1课时 两角和与差的正弦、余弦和正切公式
第 3 讲 简单的三角恒等变形
一、知识梳理
1.两角和与差的正弦、余弦、正切公式
C(α-β):cos(α-β)=cos_αcos__β+sin_αsin__β.
C(α+β):cos(α+β)=cos_αcos__β-sin_αsin__β.
S(α+β):sin(α+β)=sin_αcos__β+cos_αsin__β.
S(α-β):sin(α-β)=sin_αcos__β-cos_αsin__β.
T(α+β):tan(α+β)=
tan α+tan β
1-tan αtan β
(α,β,α+β ≠ π
2+kπ,k ∈ Z).
T(α-β):tan(α-β)=
tan α-tan β
1+tan αtan β
(α,β,α-β ≠ π
2+kπ,k ∈ Z).
2.二倍角的正弦、余弦、正切公式
S2α:sin 2α=2sin_αcos__α.
C2α:cos 2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α.
T2α:tan 2α= 2tan α
1-tan2α
(α ≠ π
4+kπ
2 ,且α ≠ kπ+π
2,k ∈ Z).
常用结论
记准四个必备结论
(1)降幂公式:cos2α=1+cos 2α
2 ,sin2α=1-cos 2α
2 .
(2)升幂公式:1+cos 2α=2cos2α,1-cos 2α=2sin2α.
(3)公式变形:tan α±tan β=tan(a±β)(1∓tan αtan β).
(4) 辅 助 角 公 式 : asin x + bcos x = a2+b2sin(x + φ)( 其 中 sin φ = b
a2+b2, cos φ =
a
a2+b2).
二、教材衍化
1.若 cos α=-4
5.α 是第三象限的角,则 sin(α+π
4 )=________.
解析:因为 α 是第三象限角,所以 sin α=- 1-cos2α=-3
5,所以 sin(α+π
4 )=-3
5×
2
2 +(-4
5 )× 2
2 =-7 2
10 .
答案:-7 2
10
2. sin 347°cos 148°+sin 77°·cos 58°=________.
解析:sin 347°cos 148°+sin 77°cos 58°
=sin(270°+77°)cos(90°+58°)+sin 77°cos 58°
=(-cos 77°)·(-sin 58°)+sin 77°cos 58°
=sin 58°cos 77°+cos 58°sin 77°
=sin(58°+77°)=sin 135°= 2
2 .
答案: 2
2
3. tan 20°+tan 40°+ 3tan 20°·tan 40°=________.
解析:因为 tan 60°=tan(20°+40°)=
tan 20°+tan 40°
1-tan 20°tan 40°,
所以 tan 20°+tan 40°=tan 60°(1-tan 20°tan 40°)
= 3- 3tan 20°tan 40°,
所以原式= 3- 3tan 20°tan40°+ 3tan 20°tan 40°= 3.
答案: 3
一、思考辨析
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)存在实数 α,β,使等式 sin(α+β)=sin α+sin β成立.( )
(2)对任意角 α 都有 1+sin α=(sin
α
2 +cos
α
2 )2
.( )
(3)y=3sin x+4cos x 的最大值是 7.( )
(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 α
tan β),且对任意角 α,β都成立. ( )
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)×
二、易错纠偏
常见误区|K (1)不会逆用公式,找不到思路;
(2)不会合理配角出错;
(3)忽视角的范围用错公式.
1.化简:
sin 50°
sin 65°· 1-cos 50°=________.
解析:原式=
cos 40°
cos 25° 1-cos 50°
=
cos 40°
cos 25°· 2sin 25°=
cos 40°
2
2 sin 50°
= 2.
答案: 2
2.若 tan α=3,tan(α-β)=2,则 tan β=________.
解析:tan β=tan[α-(α-β)]
=
tan α-tan(α-β)
1+tan α·tan(α-β)
= 3-2
1+3 × 2=1
7.
答案:1
7
3.已知 θ∈(0,π
2 ),且 sin(θ-π
4 )= 2
10,则 tan 2θ=________.
解析:法一:sin(θ-π
4 )= 2
10,
得 sin θ-cos θ=1
5,①
θ∈(0,π
2 ),①平方得 2sin θcos θ=24
25,
可求得 sin θ+cos θ=7
5,
所以 sin θ=4
5,cos θ=3
5,
所以 tan θ=4
3,tan 2θ=2tan θ
1-tan2θ=-24
7 .
法二:因为 θ∈(0,π
2 )且 sin(θ-π
4 )= 2
10,
所以 cos(θ-π
4 )=7 2
10 ,
所以 tan(θ-π
4 )=1
7=
tan θ-1
1+tan θ,
所以 tan θ=4
3.
故 tan 2θ= 2tan θ
1-tan2θ=-24
7 .
答案:-24
7
第 1 课时 两角和与差的正弦、余弦和正切公式
和差公式的直接应用(自主练透)
1.已知 sin α=3
5,α∈(π
2,π ),tan(π-β)=1
2,则 tan(α-β)的值为( )
A.- 2
11 B. 2
11
C.11
2 D.-11
2
解析:选 A.因为 sin α=3
5,α∈(π
2,π ),
所以 cos α=- 1-sin2α=-4
5,
所以 tan α=
sin α
cos α=-3
4.
因为 tan(π-β)=1
2=-tan β,所以 tan β=-1
2,
则 tan(α-β)=
tan α-tan β
1+tan αtan β=- 2
11.
2.(2019·高考全国卷Ⅱ)已知 α∈(0,π
2 ),2sin 2α=cos 2α+1,则 sin α=( )
A.1
5 B. 5
5
C.
3
3 D.2 5
5
解析:选 B.由 2sin 2α=cos 2α+1,得 4sin αcos α=1-2sin2α+1,即 2sin αcos α=
1-sin2α.因为 α∈(0,π
2 ),所以 cos α= 1-sin2 α,所以 2sin α 1-sin2 α=1-sin2
α,解得 sin α= 5
5 ,故选 B.
3.已知 α∈(π
2,π ),sin α= 5
5 .
(1)求 sin (π
4+α )的值;
(2)求 cos (5π
6 -2α)的值.
解:(1)因为 α∈(π
2,π ),sin α= 5
5 ,
所以 cos α=- 1-sin2α=-2 5
5 ,
故 sin(π
4+α )=sin π
4cos α+cos π
4sin α
= 2
2 ×(-2 5
5 )+ 2
2 × 5
5 =- 10
10 .
(2)由(1)知 sin 2α=2sin αcos α=2× 5
5 ×(-2 5
5 )=-4
5,cos 2α=1-2sin2α=1-2×
( 5
5 )2
=3
5,
所以 cos(5π
6 -2α)=cos 5π
6 cos 2α+sin 5π
6 sin 2α
=(- 3
2 )×3
5+1
2×(-4
5 )
=-4+3 3
10 .
三角函数公式的应用策略
(1)使用两角和与差的三角函数公式,首先要记住公式的结构特征.
(2)使用公式求值,应先求出相关角的函数值,再代入公式求值.
三角函数公式的逆用与变形用(多维探究)
角度一 公式的逆用
(1)化简
sin 10°
1- 3tan 10°=________.
(2)在△ABC 中,若 tan Atan B=tan A+tan B+1,则 cos C=________.
【 解 析 】 (1)
sin 10°
1- 3tan 10°=
sin 10°cos 10°
cos 10°- 3sin 10°=
2sin 10°cos 10°
4(1
2cos 10°- 3
2 sin 10°)
=
sin 20°
4sin(30°-10°)=1
4.
(2)由 tan Atan B=tan A+tan B+1,可得
tan A+tan B
1-tan Atan B=-1,
即 tan(A+B)=-1,又 A+B∈(0,π),
所以 A+B=3π
4 ,则 C=π
4,cos C= 2
2 .
【答案】 (1)1
4 (2)
2
2
角度二 公式的变形用
(1)化简
sin235°-1
2
cos 10°cos 80°=________.
(2)化简 sin2(α-π
6 )+sin2(α+π
6 )-sin2α的结果是________.
【解析】 (1)
sin235°-1
2
cos 10°cos 80°=
1-cos 70°
2 -1
2
cos 10°sin 10°=
-1
2cos 70°
1
2sin 20°
=-1.
(2)原式=
1-cos(2α-π
3)
2 +
1-cos(2α+π
3)
2 -sin2α
=1-1
2[cos(2α-π
3)+cos(2α+π
3)]-sin2α
=1-cos 2α·cos π
3-sin2α
=1-
cos 2α
2 -1-cos 2α
2 =1
2.
【答案】 (1)-1 (2)1
2
(1)和差角公式的常见变形
①sin αsin β+cos(α+β)=cos αcos β;
②cos αsin β+sin(α-β)=sin αcos β;
③tan α±tan β=tan(α±β)·(1∓tan αtan β).
(2)二倍角正、余弦公式的常见变形方式
①配方变形:1±sin 2α=sin2α+cos2α±2sin αcos α=(sin α±cos α)2;
②因式分解变形:cos 2α=2cos2α-1=1-2sin 2α=cos2 α-sin2α=(cos α+sin
α)(cos α-sin α);
③降幂扩角变形:cos2α=1+cos 2α
2 ,sin2α=1-cos 2α
2 ;
④升幂缩角变形:1+cos α=2cos2α
2,
1-cos α=2sin2α
2;
⑤公式变形:cos α=
sin 2α
2sin α,sin α=
sin 2α
2cos α.
1.(一题多解) 3cos 15°-4sin215°cos 15°=( )
A.1
2 B. 2
2
C.1 D. 2
解析:选 D.法一: 3cos 15°-4sin215°cos 15°= 3cos 15°-2sin 15°·2sin 15°cos
15°= 3cos 15°-2sin 15°·sin 30°= 3cos 15°-sin 15°=2cos(15°+30°)=2cos
45°= 2.故选 D.
法二:因为 cos 15°= 6+ 2
4 ,sin 15°= 6- 2
4 ,所以 3cos 15°-4sin215°·cos 15
°= 3× 6+ 2
4 -4×( 6- 2
4 )2
× 6+ 2
4 = 6+ 2
4 ×( 3-2+ 3)= 6+ 2
4 ×(2 3-2)= 2.
故选 D.
2.计算
sin 110°sin 20°
cos2 155°-sin 2155°的值为________.
解析:
sin 110°sin 20°
cos2155°-sin2155° =
sin 70°sin 20°
cos 310°
=
cos 20°sin 20°
cos 50° =
1
2sin 40°
sin 40° =1
2.
答案:1
2
和差公式的灵活运用(多维探究)
角度一 变角问题
(1)设 α,β都是锐角,且 cos α= 5
5 ,sin(α+β)=3
5,则 cos β=________.
(2)已知 cos(75°+α)=1
3,则 cos(30°-2α)的值为________.
【解析】 (1)依题意得 sin α= 1-cos2α=2 5
5 ,
因为 sin(α+β)=3
5
α,
所以 α+β∈(π
2,π ),所以 cos(α+β)=-4
5.
于是 cos β=cos[(α+β)-α]
=cos(α+β)cos α+sin(α+β)sin α
=-4
5× 5
5 +3
5×2 5
5 =2 5
25 .
(2)cos(75°+α)=sin(15°-α)=1
3,
所以 cos(30°-2α)=1-2sin2(15°-α)=1-2
9=7
9.
【答案】 (1)2 5
25 (2)7
9
角度二 变名问题
求值:1+cos 20°
2sin 20° -sin 10°( 1
tan 5°-tan 5°).
【解】 原式= 2cos210°
2 × 2sin 10°cos 10°-sin 10°(cos 5°
sin 5°-sin 5°
cos 5°)
=
cos 10°
2sin 10°-sin 10°·
cos25°-sin25°
sin 5°cos 5°
=
cos 10°
2sin 10°-sin 10°·
cos 10°
1
2sin 10°
=
cos 10°
2sin 10°-2cos 10°=
cos 10°-2sin 20°
2sin 10°
=
cos 10°-2sin(30°-10°)
2sin 10°
=
cos 10°-2(1
2cos 10°- 3
2 sin 10°)
2sin 10°
= 3sin 10°
2sin 10° = 3
2 .
三角公式应用中变“角”与变“名”问题的解题思路
(1)角的变换:明确各个角之间的关系(包括非特殊角与特殊角、已知角与未知角),熟悉
角的变换技巧及半角与倍角的相互转化,如:2α=(α+β)+(α-β),α=(α+β)-β=(α-β)+
β,40°=60°-20°,(π
4+α )+(π
4-α )=π
2,α
2=2×α
4等.
(2)名的变换:明确各个三角函数名称之间的联系,常常用到同角关系、诱导公式,把
正弦、余弦化为正切,或者把正切化为正弦、余弦.
[提醒] 转化思想是实施三角变形的主导思想,恒等变形前需清楚已知式中角的差异、
函数名称的差异、运算结构的差异,寻求联系,实现转化.
1.已知 sin 2α=1
3,则 cos2(α-π
4 )=________.
解析:cos2(α-π
4 )=
1+cos(2α-π
2)
2
=1
2+1
2sin 2α=1
2+1
2×1
3=2
3.
答案:2
3
2.
cos 10°- 3cos(-100°)
1-sin 10° =________.(用数字作答)
解 析 :
cos 10°- 3cos(-100°)
1-sin 10° =
cos 10°+ 3cos 80°
1-cos 80° =
cos 10°+ 3sin 10°
2·sin 40° =2sin(10°+30°)
2·sin 40° = 2.
答案: 2
[基础题组练]
1.(2020·新余一模)若 sin(π
2-2α)=3
5,则 sin4α-cos4α的值为( )
A.4
5 B.3
5
C.-4
5 D.-3
5
解析:选 D.因为 sin(π
2-2α)=3
5,所以 cos 2α=3
5,因此 sin4α-cos4α=(sin2α+cos2
α)(sin2α-cos2α)=1-2cos2α=-cos 2α=-3
5,选 D.
2.(2020·湖南长沙长郡中学一模)已知 sin(α+2β)=3
4,cos β=1
3,α,β为锐角,则 sin(α
+β)的值为( )
A.3 7-2 2
12 B.3-2 14
12
C.3 7+2 2
12 D.3+2 14
12
解析:选 D.因为 cos β=1
3,0<β<π
2,所以 sin β=2 2
3 ,cos 2β=2cos2β-1=2×(1
3 )
2
-1=-7
9<0,
所以π
2<2β<π.
因为 sin(α+2β)=3
4,α为锐角,所以π
2<α+2β<π,
所以 cos(α+2β)=- 7
4 ,
所以 sin(α+β)=sin[(α+2β)-β]
=sin(α+2β)cos β-cos(α+2β)sin β
=3
4×1
3-(- 7
4 )×2 2
3 =3+2 14
12 .故选 D.
3.已知 tan(α+π
4 )=1
2,且-π
2<α<0,则2sin2α+sin 2α
cos(α-π
4)
=( )
A.-2 5
5 B.-3 5
10
C.-3 10
10 D.2 5
5
解 析 : 选 A. 因 为 tan(α+π
4 )=
tan α+1
1-tan α=1
2, 所 以 tan α= -1
3, 因 为 tan α=
sin α
cos α,sin2α+cos2α=1,α∈(-π
2,0),所以 sin α=- 10
10 .
所以2sin2α+sin 2α
cos(α-π
4)
=2sin α(sin α+cos α)
cos(π
4-α )
=
4sin α(sin α+cos α)
2(sin α+cos α) =2 2sin α=2 2×(- 10
10 )=-2 5
5 .故选 A.
4.已知 cos(x-π
6 )=1
4,则 cos x+cos(x-π
3 )=( )
A.
3
4 B.- 3
4
C.1
4 D.± 3
4
解析:选 A.因为 cos(x-π
6 )=1
4,
所以 cos x+cos(x-π
3 )=cos x+1
2cos x+ 3
2 sin x
= 3( 3
2 cos x+1
2sin x)= 3cos (x-π
6 )= 3×1
4= 3
4 .
故选 A.
5.2cos 10°-sin 20°
sin 70° 的值是( )
A.1
2 B. 3
2
C. 3 D. 2
解析:选 C.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.
6.sin 10°sin 50°sin 70°=________.
解析:sin 10°sin 50°sin 70°=sin 10°cos 40°cos 20°
=
sin 10°cos 10°cos 20°cos 40°
cos 10° =
1
8sin 80°
cos 10° =1
8.
答案:1
8
7.(2020·洛阳模拟)已知 cos(α-π
6 )+sin α=4 3
5 ,则 sin(α+7π
6 )=________.
解析:由 cos(α-π
6 )+sin α=4 3
5 ,
可得 3
2 cos α+1
2sin α+sin α=4 3
5 ,
即 3
2sin α+ 3
2 cos α=4 3
5 ,
所以 3sin(α+π
6 )=4 3
5 ,
即 sin(α+π
6 )=4
5,
所以 sin(α+7π
6 )=-sin(α+π
6 )=-4
5.
答案:-4
5
8.已知 tan α=m
3,tan(α+π
4 )=2
m,则 m=________.
解析:由题意,tan α=m
3,tan(α+π
4 )=
tan α+1
1-tan α=2
m,则
m
3+1
1-m
3
=2
m,所以 m=-6
或 1.
答案:-6 或 1
9.已知角 α 的顶点与原点 O 重合,始边与 x 轴的非负半轴重合,它的终边过点 P
(-3
5,-4
5).
(1)求 sin (α+π )的值;
(2)若角 β 满足 sin(α+β)= 5
13,求 cos β的值.
解:(1)由角 α 的终边过点 P (-3
5,-4
5)得 sin α=-4
5,
所以 sin(α+π)=-sin α=4
5.
(2)由角 α 的终边过点 P (-3
5,-4
5)得 cos α=-3
5,
由 sin(α+β)= 5
13得 cos(α+β)=±12
13.
由 β=(α+β)-α 得
cos β=cos(α+β)cos α+sin(α+β)sin α,
所以 cos β=-56
65或 cos β=16
65.
10.已知 α,β为锐角,tan α=4
3,cos(α+β)=- 5
5 .
(1)求 cos 2α的值;
(2)求 tan(α-β)的值.
解:(1)因为 tan α=4
3,tan α=
sin α
cos α,
所以 sin α=4
3cos α.
因为 sin2 α+cos2 α=1,
所以 cos2 α= 9
25,
因此 cos 2α=2cos2 α-1=- 7
25.
(2)因为 α,β为锐角,所以 α+β∈(0,π).
又因为 cos(α+β)=- 5
5 ,
所以 sin(α+β)= 1-cos2(α+β)=2 5
5 ,
因此 tan(α+β)=-2.
因为 tan α=4
3,所以 tan 2α= 2tan α
1-tan2 α=-24
7 ,
所以 tan(α-β)=tan[2α-(α+β)]=
tan 2α-tan(α+β)
1+tan 2αtan(α+β)=- 2
11.
[综合题组练]
1.(2020·河南九师联盟 2 月质量检测)若 α∈(0,π
2 ),且 cos 2α= 2
5 sin(α+π
4 ),则 tan α
=( )
A.3
4 B.3
5
C.4
3 D.5
3
解析:选 A.因为 α∈(0,π
2 ),所以 sin α+cos α>0.
因为 cos 2α= 2
5 sin(α+π
4 ),
所以(cos α+sin α)(cos α-sin α)=1
5(sin α+cos α),
所以 cos α-sin α=1
5.
将 cos α-sin α=1
5两边平方可得 1-2sin αcos α= 1
25,
所以 sin αcos α=12
25.所以
sin αcos α
sin2 α+cos2 α=12
25.
分子、分母同除以 cos2 α可得
tan α
tan2 α+1=12
25,
解得 tan α=3
4或4
3(舍),即 tan α=3
4.
2.(创新型)公元前 6 世纪,古希腊的毕达哥拉斯学派研究过正五边形和正十边形的作
图,发现了黄金分割约为 0.618,这一数值也可以表示为 m=2sin 18°,若 m 2+n=4,则
m n
2cos227°-1=( )
A.8 B.4
C.2 D.1
解析:选 C.因为 m=2sin 18°,m2+n=4,所以 n=4-m2=4-4sin218°=4cos218°.
所 以 m n
2cos227°-1= 2sin 18° 4cos218°
2cos227°-1 = 4sin 18°cos 18°
2cos227°-1 = 2sin 36°
cos 54° =
2sin 36°
sin 36° =2.故选 C.
3 . 已 知 0<α<π
2, 且 sin α = 3
5, 则 tan(α+5π
4 )= ________ ;
sin2α+sin 2α
cos2α+cos 2α=
________.
解析:因为 0<α<π
2,且 sin α=3
5,
所以 cos α= 1-sin2α=4
5,
所以 tan α=
sin α
cos α=3
4,
则 tan(α+5π
4 )=tan(α+π
4)=
tan α+1
1-tan α=7.
sin2 α+sin 2α
cos2α+cos 2α =
sin2α+2sin αcos α
2cos2α-sin2α =
tan2α+2tan α
2-tan2α =
9
16+6
4
2- 9
16
=33
23.
答案:7 33
23
4.设 α,β∈[0,π],且满足 sin αcos β-cos αsin β=1,则 sin(2α-β)+sin(α-2β)
的取值范围为________.
解析:由 sin αcos β-cos αsin β=1,
得 sin(α-β)=1,
又 α,β∈[0,π],所以 α-β=π
2,
所以{0 ≤ α ≤ π,
0 ≤ β=α-π
2 ≤ π,即π
2≤α≤π,
所以 sin(2α-β)+sin(α-2β)
=sin(2α-α+π
2)+sin(α-2α+π)
=cos α+sin α= 2sin(α+π
4 ).
因为π
2≤α≤π,
所以3π
4 ≤α+π
4≤5π
4 ,
所以-1≤ 2sin(α+π
4 )≤1,
即取值范围为[-1,1].
答案:[-1,1]
5.已知 cos(π
6+α)cos(π
3-α )=-1
4,α∈(π
3,π
2 ).
(1)求 sin 2α的值;
(2)求 tan α- 1
tan α的值.
解:(1)cos(π
6+α )cos(π
3-α )
=cos(π
6+α )sin(π
6+α )=1
2sin(2α+π
3)=-1
4,即 sin(2α+π
3)=-1
2.
因为 α∈(π
3,π
2 ),
所以 2α+π
3∈(π,
4π
3 ),
所以 cos(2α+π
3)=- 3
2 ,
所以 sin 2α=sin[(2α+π
3)-π
3]
=sin(2α+π
3)cos π
3-cos(2α+π
3)sin π
3=-1
2×1
2-(- 3
2 )× 3
2 =1
2.
(2)因为 α∈(π
3,π
2 ),所以 2α∈(2π
3 ,π),
又由(1)知 sin 2α=1
2,所以 cos 2α=- 3
2 .
所以 tan α- 1
tan α= sin α
cos α-
cos α
sin α=
sin2α-cos2α
sin αcos α
=
-2cos 2α
sin 2α =-2×
- 3
2
1
2
=2 3.
6.如图,在平面直角坐标系 xOy 中,以 x 轴正半轴为始边的锐角 α 与钝角 β 的终边与单
位圆分别交于 A,B 两点,x 轴正半轴与单位圆交于点 M,已知 S△OAM= 5
5 ,点 B 的纵坐标
是 2
10.
(1)求 cos(α-β)的值;
(2)求 2α-β 的值.
解:(1)由题意,OA=OM=1,
因为 S△OAM= 5
5 ,α为锐角,
所以 sin α=2 5
5 ,cos α= 5
5 .
又点 B 的纵坐标是 2
10.
所以 sin β= 2
10,cos β=-7 2
10 ,
所以 cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β= 5
5 ×(-7 2
10 )+2 5
5 × 2
10=- 10
10 .
(2)因为 cos 2α=2cos2α-1=2×( 5
5 )2
-1=-3
5,
sin 2α=2sin α·cos α=2×2 5
5 × 5
5 =4
5,
所以 2α∈(π
2,π ).
因为 β∈(π
2,π ),
所以 2α-β∈(-π
2,π
2).
因为 sin(2α-β)=sin 2α·cos β-cos 2α·sin β=- 2
2 ,
所以 2α-β=-π
4.