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

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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 5α, 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.
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