第12講 三角函數
高考試題中的三角函數題相對比較傳統,難度較低,位置靠前,重點突出。因此,在復習過程中既要注重三角知識的基礎性,突出三角函數的圖象、周期性、單調性、奇偶性、對稱性等性質。以及化簡、求值和最值等重點內容的復習,又要注重三角知識的工具性,突出三角與代數、幾何、向量的綜合聯系,以及三角知識的應用意識。
一、知識整合
1.熟練掌握三角變換的所有公式,理解每個公式的意義,應用特點,常規使用方法等;熟悉三角變換常用的方法――化弦法,降冪法,角的變換法等;并能應用這些方法進行三角函數式的求值、化簡、證明;掌握三角變換公式在三角形中應用的特點,并能結合三角形的公式解決一些實際問題.
2.熟練掌握正弦函數、余弦函數、正切函數、余切函數的性質,并能用它研究復合函數的性質;熟練掌握正弦函數、余弦函數、正切函數、余切函數圖象的形狀、特點,并會用五點畫出函數的圖象;理解圖象平移變換、伸縮變換的意義,并會用這兩種變換研究函數圖象的變化.
2004年各地高考中本部分所占分值在17~22分,主要以選擇題和解答題的形式出現。主要考察內容按綜合難度分,我認為有以下幾個層次:
第一層次:通過誘導公式和倍角公式的簡單運用,解決有關三角函數基本性質的問題。如判斷符號、求值、求周期、判斷奇偶性等。
第二層次:三角函數公式變形中的某些常用技巧的運用。如輔助角公式、平方公式逆用、切弦互化等。
第三層次:充分利用三角函數作為一種特殊函數的圖象及周期性、奇偶性、單調性、有界性等特殊性質,解決較復雜的函數問題。如分段函數值,求復合函數值域等。
三、方法技巧
1.三角函數恒等變形的基本策略。
(1)常值代換:特別是用“1”的代換,如1=cos2θ+sin2θ=tanx?cotx=tan45°等。
(2)項的分拆與角的配湊。如分拆項:sin2x+2cos2x=(sin2x+cos2x)+cos2x=1+cos2x;配湊角:α=(α+β)-β,β=-等。
(3)降次與升次。(4)化弦(切)法。
(4)引入輔助角。asinθ+bcosθ=sin(θ+),這里輔助角所在象限由a、b的符號確定,角的值由tan=確定。
2.證明三角等式的思路和方法。
(1)思路:利用三角公式進行化名,化角,改變運算結構,使等式兩邊化為同一形式。
(2)證明方法:綜合法、分析法、比較法、代換法、相消法、數學歸納法。
3.證明三角不等式的方法:比較法、配方法、反證法、分析法,利用函數的單調性,利用正、余弦函數的有界性,利用單位圓三角函數線及判別法等。
4.解答三角高考題的策略。
(1)發現差異:觀察角、函數運算間的差異,即進行所謂的“差異分析”。
(2)尋找聯系:運用相關公式,找出差異之間的內在聯系。
(3)合理轉化:選擇恰當的公式,促使差異的轉化。
四、例題分析
例1.已知,求(1);(2)的值.
解:(1);
(2)
.
說明:利用齊次式的結構特點(如果不具備,通過構造的辦法得到),進行弦、切互化,就會使解題過程簡化。
例2.求函數的值域。
解:設,則原函數可化為
,因為,所以
當時,,當時,,
所以,函數的值域為。
例3.已知函數。
(1)求的最小正周期、的最大值及此時x的集合;
(2)證明:函數的圖像關于直線對稱。
解:
(1)所以的最小正周期,因為,
所以,當,即時,最大值為;
(2)證明:欲證明函數的圖像關于直線對稱,只要證明對任意,有成立,
因為,
,
所以成立,從而函數的圖像關于直線對稱。
例4. 已知函數y=cos2x+sinx?cosx+1 (x∈R),
(1)當函數y取得最大值時,求自變量x的集合;
(2)該函數的圖像可由y=sinx(x∈R)的圖像經過怎樣的平移和伸縮變換得到?
解:(1)y=cos2x+sinx?cosx+1= (2cos2x-1)+ +(2sinx?cosx)+1
=cos2x+sin2x+=(cos2x?sin+sin2x?cos)+
=sin(2x+)+
所以y取最大值時,只需2x+=+2kπ,(k∈Z),即 x=+kπ,(k∈Z)。
所以當函數y取最大值時,自變量x的集合為{x|x=+kπ,k∈Z}
(2)將函數y=sinx依次進行如下變換:
(i)把函數y=sinx的圖像向左平移,得到函數y=sin(x+)的圖像;
(ii)把得到的圖像上各點橫坐標縮短到原來的倍(縱坐標不變),得到函數y=sin(2x+)的圖像;
(iii)把得到的圖像上各點縱坐標縮短到原來的倍(橫坐標不變),得到函數y=sin(2x+)的圖像;
(iv)把得到的圖像向上平移個單位長度,得到函數y=sin(2x+)+的圖像。
綜上得到y=cos2x+sinxcosx+1的圖像。
說明:本題是2000年全國高考試題,屬中檔偏容易題,主要考查三角函數的圖像和性質。這類題一般有兩種解法:一是化成關于sinx,cosx的齊次式,降冪后最終化成y=sin (ωx+)+k的形式,二是化成某一個三角函數的二次三項式。本題(1)還可以解法如下:當cosx=0時,y=1;當cosx≠0時,y=+1=+1
化簡得:2(y-1)tan2x-tanx+2y-3=0
∵tanx∈R,∴△=3-8(y-1)(2y-3) ≥0,解之得:≤y≤
∴ymax=,此時對應自變量x的值集為{x|x=kπ+,k∈Z}
例5.已知函數
(Ⅰ)將f(x)寫成的形式,并求其圖象對稱中心的橫坐標;
(Ⅱ)如果△ABC的三邊a、b、c滿足b2=ac,且邊b所對的角為x,試求x的范圍及此時函數f(x)的值域.
解:
(Ⅰ)由=0即
即對稱中心的橫坐標為
(Ⅱ)由已知b2=ac
即的值域為.
綜上所述, , 值域為 .
說明:本題綜合運用了三角函數、余弦定理、基本不等式等知識,還需要利用數形結合的思想來解決函數值域的問題,有利于培養學生的運算能力,對知識進行整合的能力。
例6.在中,a、b、c分別是角A、B、C的對邊,且,
(1)求的值;
(2)若,且a=c,求的面積。
解:(1)由正弦定理及,有,
即,所以,
又因為,,所以,因為,所以,又,所以。
(2)在中,由余弦定理可得,又,
所以有,所以的面積為
。
例7.已知向量
,且,
(1)求函數的表達式;
(2)若,求的最大值與最小值。
解:(1),,,又,
所以,
所以,即;
(2)由(1)可得,令導數,解得,列表如下:
t
-1
(-1,1)
1
(1,3)
導數
0
-
0
+
極大值
遞減
極小值
遞增
而所以。
例8.已知向量,
(1) 求的值;
(2) (2)若的值。
解:(1)因為
所以
又因為,所以,
即;
(2) ,
又因為,所以 ,
,所以,所以
例9.平面直角坐標系有點
(1) 求向量和的夾角的余弦用表示的函數;
(2) 求的最值.
解:(1),
即
(2) , 又 ,
, , .
說明:三角函數與向量之間的聯系很緊密,解題時要時刻注意。
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