专题08 三角恒等变换-【核心突破】2024年高考数学一轮核心考点深度解析(新高考地区专用)(含解析)

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专题08 三角恒等变换-【核心突破】2024年高考数学一轮核心考点深度解析(新高考地区专用)(含解析)

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【核心突破】2024年高考数学一轮核心考点深度解析(新高考地区)
专题08 三角恒等变换
【考点考向】
一、任意角的三角函数
(1)定义:设α是一个任意角,它的终边与单位圆交于点P(x,y),那么sin α=y,cos α=x,tan α=(x≠0).
(2)几何表示:三角函数线可以看作是三角函数的几何表示,正弦线的起点都在x轴上,余弦线的起点都是原点,正切线的起点都是(1,0).如图中有向线段MP,OM,AT分别叫做角α的正弦线、余弦线和正切线.
二、同角三角函数基本关系式与诱导公式
1.同角三角函数的基本关系
(1)平方关系:sin2α+cos2α=1.
(2)商数关系:=tan__α.
2.三角函数的诱导公式
公式 一 二 三 四 五 六
角 2kπ+α(k∈Z) π+α -α π-α -α +α
正弦 sin α -sin__α -sin__α sin__α cos__α cos__α
余弦 cos α -cos__α cos__α -cos__α sin__α -sin__α
正切 tan α tan__α -tan__α -tan__α
口诀 函数名不变,符号看象限 函数名改变,符号看象限
三、解两角和与差的正弦、余弦和正切公式
1两角和与差的正弦、余弦和正切公式
sin(α±β)=sin__αcos__β±cos__αsin__β.
cos(α β)=cos__αcos__β±sin__αsin__β.
tan(α±β)=.
2.二倍角的正弦、余弦、正切公式
sin 2α=2sin__αcos__α.
cos 2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α.
tan 2α=.
3.函数f(α)=asin α+bcos α(a,b为常数),可以化为f(α)=sin(α+φ)或f(α)=·cos(α-φ).
[名师提醒]
1.tan α±tan β=tan(α±β)(1 tan αtan β).
2.cos2α=,sin2α=.
3.1+sin 2α=(sin α+cos α)2,1-sin 2α=(sin α-cos α)2,
sin α±cos α=sin.
【解题策略】
1.定义法求三角函数值的三种情况
①已知角α终边上一点P的坐标,可求角α的三角函数值.先求P到原点的距离,再用三角函数的定义求解;
②已知角α的某三角函数值,可求角α终边上一点P的坐标中的参数值,可根据定义中的两个量列方程求参数值;
③已知角α的终边所在的直线方程或角α的大小,根据三角函数的定义可求角α终边上某特定点的坐标.
2.三角函数式化简的方法
弦切互化,异名化同名,异角化同角,降幂或升幂.
在三角函数式的化简中“次降角升”和“次升角降”是基本的规律,根号中含有三角函数式时,一般需要升次.
3.“给角求值”:一般所给出的角都是非特殊角,从表面上来看是很难的,但仔细观察非特殊角与特殊角总有一定关系,解题时,要利用观察得到的关系,结合公式转化为特殊角并且消除非特殊角的三角函数而得解.
4.“给值求值”:给出某些角的三角函数式的值,求另外一些角的三角函数值,解题关键在于“变角”,使其角相同或具有某种关系.
5.“给值求角”:实质是转化为“给值求值”,先求角的某一函数值,再求角的范围,确定角.
【考点解析】
一.两角和与差的三角函数
1.设tan(α),则tan(α)=(  )
A.﹣2 B.2 C.﹣4 D.4
2.已知,,则sinα﹣cosα=   .
3.sin160°cos40°﹣sin250°cos50°=   .
4.若,则(  )
A. B. C. D.
5.若f(x)=cosx﹣sinx+1在[0,a]是减函数,则a的最大值是(  )
A. B. C. D.π
6.已知.则   .
7.(1)已知α,β∈(0,),cosα,cos(α+β),求β的值;
(2)已知0≤θ≤π,sinθ﹣cosθ,求sin(2θ)的值.
8.已知,则cos2x的值为(  )
A.0 B.1 C. D.
9.已知α,β,γ是三个锐角,则sinαcosβ,sinβcosγ,sinγcosα中,大于的数至多有(  )个
A.0 B.1 C.2 D.3
10.已知α∈(0,π),且满足,则tanα=(  )
A. B. C. D.
11.若,则1﹣2cos2(2α﹣β)=(  )
A. B. C. D.
12.已知,若,则cosα=   .
二.二倍角的三角函数
13.已知,则(  )
A. B. C. D.
14.已知,则(  )
A. B. C. D.
15.若,则tan2α=(  )
A. B. C. D.
16.已知角θ的顶点为坐标原点,始边为x轴非负半轴,若角θ的终边过点P(,),则sin2θ=(  )
A. B. C. D.
17.已知向量,,若,则cos2θ=   .
18.已知tanθ=2,则sin2θ=   .
19.已知,则cos2α=   .
20.已知锐角α满足,则sin2α=(  )
A. B. C. D.
21.随着智能手机的普及,手机摄影越来越得到人们的喜爱,要得到美观的照片,构图是很重要的,用“黄金分割构图法”可以让照片感觉更自然.更舒适,“黄金九宫格”是黄金分割构图的一种形式,是指把画面横竖各分三部分,以比例1:0.618:1为分隔,4个交叉点即为黄金分割点.如图,分别用A,B,C,D表示黄金分割点.若照片长、宽比例为4:3,设∠CAB=α,则(  )
A. B. C. D.
22.已知sin(α),则sin2α=   .
23.已知tanα=3,则tan2α=   .
24.已知f(x)=sinx+cos2x,则f(x)的值域为    .
25.角α的顶点在坐标原点,始边与x轴的非负半轴重合,终边不在坐标轴上,终边所在的直线与圆C:(x﹣2)2+(y﹣1)2=8相交于A,B两点,当△ABC面积最大时(  )
A. B. C. D.
26.设cos2x.
(1)求的值及f(x)的单调递增区间;
(2)若α∈(0,),f(α),求的值.
三.半角的三角函数
27.若α为第三象限角,且sinα,则tan(  )
A.﹣3 B. C.2 D.﹣2
28.若,,则α是(  )
A.第一象限角 B.第二象限角
C.第三象限角 D.第四象限角
29.若,θ是第二象限的角,则(  )
A. B. C.2 D.﹣5
30.已知sinα,且α是第三象限角,则tan   .
31.已知sinα,α<π,则tan的值为(  )
A. B.﹣2 C.2 D.
四.三角函数的恒等变换及化简求值
32.若sin(α),cos(2α)=(  )
A. B. C. D.
33.下列各式中,值为的是(  )
A.sin15° cos15°
B.2cos21
C.
D.
34.求值sin15°cos15°=   .
35.若圆周率π的近似值可以表示成4cos38°,则的近似值为(  )
A. B. C.8 D.﹣8
36.已知向量,,且,则   .
37.若f(sinθ)=2﹣cos2θ,则f(cosθ)等于(  )
A.2﹣cos2θ B.2+cos2θ C.2﹣sinθ D.2+cosθ
38.方程cos2x﹣sin2x=1的解集为(  )
A.{x|x=2kπ,k∈Z} B.{x|x=kπ,k∈Z}
C.{x|x=π+2kπ,k∈Z} D.
39.化简:   .
40.(1)   ;
(2)的值为    .
41.(1)化简:;
(2)向量(sinx,),(cosx,﹣1)当∥时,求的值.
42.已知α为第二象限角,且.
(1)化简f(α);
(2)若,且,求的值.
43.已知向量(2,1﹣2sin2),(sinα,1),且⊥.
(1)求的值;
(2)求的值.
44.(1)已知tanx,求的值;
(2)化简求值:.
45.已知函数,x∈R.
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)若,,求的值.
五.三角函数中的恒等变换应用
46.函数,下列结论正确的是(  )
A.f(x)在区间上单调递增
B.f(x)的图像关于点成中心对称
C.将f(x)的图像向左平移个单位后与y=2sin2x的图像重合
D.若,则f(x1)=f(x2)
47.已知函数f(x)sinxcosx+sin2x,则下列结论中错误的是(  )
A.函数f(x)的最小正周期为π
B.(,)是函数f(x)图象的一个对称中心
C.x是函数f(x)图象的一条对称轴
D.将函数f(x)的图象向左平移个单位长度,即可得到函数y=sin2x的图象
48.已知函数,在[0,π]上有且仅有2个极小值点,则实数ω的取值范围(  )
A. B. C. D.
49.已知函数f(x)=cos2x﹣sin2x,则(  )
A.f(x)在(,)上单调递减
B.f(x)在(,)上单调递增
C.f(x)在(0,)上单调递减
D.f(x)在(,)上单调递增
50.已知不等式对于恒成立,则实数m的取值范围是    .
51.函数f(x)=cos2x+sinx+1的最小值为   ,最大值为   .
52.已知函数f(x)sin2x﹣2cos2x+1,有以下结论:
①若f(x1)=f(x2),则x1﹣x2=kπ(k∈Z):
②f(x)在区间[,]上是增函数:
③f(x)的图象与g(x)=﹣2cos(2x)图象关于x轴对称:
④设函数h(x)=f(x)﹣2x,当θ时,h(θ﹣2)+h(θ)+h(θ+2).
其中正确的结论为   .
53.已知函数f(x)=sinxcosx﹣a在区间[0,2π]上恰有三个零点x1,x2,x3,则x1+x2+x3=   .
54.将函数f(x)=sin(cossin )+1(ω>0)在[,]上单调递减,则ω的取值范围为(  )
A.0<ω≤2 B.ω≤2 C.ω D.ω≤2
55.已知函数f(x),集合{x∈(0,π)|f(x)=1}中恰有3个元素,则实数ω的取值范围是(  )
A. B. C. D.
56.设函数.
(1)求函数f(x)的值域和单调递增区间;
(2)当,且时,求cos2α的值.
57.若函数f(x)sinωx+cosωx(ω>0)在区间(0,)上仅有一条对称轴及一个对称中心,则ω的取值范围为(  )
A.(5,8) B.(5,8] C.(5,11] D.[5,11)
58.已知函数f(x)=sin(x)在[0,m]上恰有10个零点,则m的取值范围是    .
59.已知f(x)=2sinxcosx+2cos2x﹣1.
(1)求f(x)的最大值及该函数取得最大值时x的值;
(2)在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C所对的边,a=1,S是△ABC的面积,f()=2,比较b3+c3与的大小.
60.常数a∈R,函数f(x)=asin2x+2cos2x.
(1)若f(x)为偶函数,求a的值;
(2)若,求函数y=f(x)的值域.
参考答案
一.两角和与差的三角函数
1.【解析】∵tan(α),
∴解得:tanα,
∴tan(α)4.
故选:C.
2.【解析】因为,
所以.

所以,
因为,
所以sinα>0,cosα<0,
所以sinα﹣cosα>0,
,解得(负值舍去).
故答案为:.
3.【解析】原式=sin20°cos40°+cos20°sin40°
=sin(20°+40°)=sin60°.
故答案为.
4.【解析】因为,
所以,
故选:A.
5.【解析】f(x)=cosx﹣sinx+1cos(x)+1,
因为f(x)在[0,a]是减函数,
所以,解得0<a,
所以a的最大值是.
故选:C.
6.【解析】已知,
即,
故.
故.
则.
故答案为:.
7.【解析】(1)因为α,β∈(0,),
所以0<α+β<π,
因为cosα,cos(α+β),
所以sinα,sin(α+β),
sinβ=sin(α+β﹣α)=sin(α+β)cosα﹣sinαcos(α+β),
所以;
(2)因为0≤θ≤π,sinθ﹣cosθ,
两边平方得1﹣2sinθcosθ,
所以sin2θ0,
所以,
则(sinθ+cosθ)2=1+2sinθcosθ=1,
所以sinθ+cosθ,
所以sinθ,cos2θ=1﹣2sin2θ=1﹣2,
sin(2θ)().
8.【解析】由题意可得:,
则,
则cos2x0.
故选:A.
9.【解析】假设sinαcosβ,sinβcosγ,sinγcosα均大于,即,
于是,
而另一方面:(sinαcosβ)(sinβcosγ)(sinγcosα)=(sinαcosα)(sinβcosβ)(sinγcosγ)矛盾,
故sinαcosβ,sinβcosγ,sinγcosα不可能均大于,
而取知且.
∴大于的数至多有2个.
故选:C.
10.【解析】因为α∈(0,π),且,
所以,化简得,
两边平方化简得 ,
所以 ,
即 ,则 ,
两式联立求得 ,
所以 .
故选:A.
11.【解析】,
化简得:tan2αtanβ+tan2αtanβtanβ﹣1,


所以,
故1﹣2cos2(2α﹣β).
故选:D.
12.【解析】∵,∵,∴sin(α+β)>0,∴,又∵0<α+β,
∴,①又,②
由①②可得,∴.
故答案为:.
二.二倍角的三角函数
13.【解析】因为,
所以.
故选:C.
14.【解析】∵,
∴cos(2α)=cos[2(α)+π]=﹣cos[2(α)]
=﹣[1﹣2]=﹣(1),
故选:A.
15.【解析】∵,
∴,解得tanα=3,
则tan2α.
故选:C.
16.【解析】因为角θ的终边过点,又,
所以、,
所以.
故选:C.
17.【解析】因为,
所以.
故答案为:.
18.【解析】.
故答案为:.
19.【解析】由,可得,
故.
故答案为:.
20.【解析】由,得,
因为sin2α+cos2α=1,
所以sin2α+2sin2α=1,
可得,
因为α为锐角,
所以,,
所以.
故选:A.
21.【解析】由题意得,,
故,
所以.
故选:D.
22.【解析】∵sin(α),
∴(sinα+cosα),解得:sinα+cosα,
∴两边平方,可得:1+sin2α,
∴sin2α.
故答案为:.
23.【解析】∵tanα=3,
∴tan2α.
故答案为:.
24.【解析】设t=sinx∈[﹣1,1],
则f(x)=sinx+cos2x=t+1﹣2t22(t)2,
可得当t=﹣1时,f(x)min2(﹣1)2=﹣2,
当t时,f(x)max2()2.
可得f(x)的值域为[﹣2,].
故答案为:[﹣2,].
25.【解析】由题意可得,圆C:(x﹣2)2+(y﹣1)2=8的半径为CA=CB=2,圆心C(2,1),
故△ABC面积S CA CB sin∠ACB=4sin∠ACB.
当△ABC面积最大时,CA⊥CB,此时,∠ABC,点C到直线AB的距离为2 cos2.
而直线AB的方程为y=tanα x,即tanα x﹣y=0.
根据点到直线的距离公式可得2,求得tanα,
故sin2α.
故选:D.
26.【解析】(1)cos2xcos2x
cos(2x)cos2xcos2xsin2xcos2xsin2xcos2x
sin(2x),
则sin(2)sin1;
令2kπ≤2x2kπ,k∈Z,
则kπ≤xkπ,k∈Z,
∴f(x)的单调递增区间为[kπ,kπ],k∈Z.
(2)若α∈(0,),则2α∈(,),
∵f(α),∴sin(2α),
∴sin(2α),cos(2α),
∴sin2α=sin[(2α)]=sin[(2α)coscos(2α)sin,
cos2α=cos[(2α)]=cos[(2α)cossin(2α)sin,
则sin2αcoscos2αsin().
三.半角的三角函数
27.【解析】因为α为第三象限角,且sinα,
所以cosα,
则tan3.
故选:A.
28.【解析】因为,,
所以sinα=2sincos20,cosα=2cos21=210,
则α是第三象限角.
故选:C.
29.【解析】∵,θ是第二象限的角,
∴cosθ,
∴tanθ,
∴tanθ,
解得tan3或tan,
∵θ是第二象限的角,
∴2kπ<θ<π+2kπ,k∈Z,
∴kπkπ,k∈Z,
当k为偶数时,是第一象限角,
当k为奇数时,是第三象限角,
∴tan0,
∴tan3,
∴5.
故选:D.
30.【解析】因为α是第三象限角,即2kπ+π<α<2kπ,k∈Z,
所以kπkπ,k∈Z,
所以tan0,
又因为sinα,可得cosα,
所以tan29,
可得tan3.
故答案为:﹣3.
31.【解析】∵已知sinα,α<π,∴,且cosα.
再由二倍角公式可得 21,求得 cos,∴sin,则tan2,
故选:C.
四.三角函数的恒等变换及化简求值
32.【解析】∵sin(α),
∴cos[(α)]=cos(α),
∴cos(2α)=2cos2(α)﹣11,
故选:D.
33.【解析】A,∵sin15° cos15°sin30°;
B,∵2cos21=cos;
C,∵;
D,∵tan45°.
故选:D.
34.【解析】sin15°cos15°sin30°.
故答案为:.
35.【解析】由题意得8.
故选:C.
36.【解析】因为
所以﹣2sinα﹣cosα=0,
所以,
所以.
故答案为:.
37.【解析】依题意得(sinθ)=2﹣cos2θ=2﹣(1﹣2sin2θ)=1+2sin2θ,
所以.
故选:B.
38.【解析】由cos2x﹣sin2x=1可得:cos2x﹣(1﹣cos2x)=1,
解得:cosx=±1,所以x=kπ,k∈Z.
故选:B.
39.【解析】因为sin2α=2sinαcosα,cos2α=2cos2α+1,sin2α+cos2α=1,
所以.
故答案为:1.
40.【解析】(1)原式=2+3﹣1﹣1﹣2;
(2)1+2sin20°sin110°=1+2sin20°sin(90°+20°)=1+2sin20°cos20°=sin220°+cos220°+2sin20°cos20°=(sin20°+cos20°)2,
1﹣cos2160°=1﹣cos220°=sin220°,
则原式1.
41.【解析】(1)1;
(2)因为向量(sinx,),(cosx,﹣1),
所以当∥时,可得﹣sinxcosx=0,即tanx,
所以.
42.【解析】(1)

∵a是第二象限角,
∴sinα>0,cosα<0,即sinα﹣cosα>0,
∴sinα.
(2)∵,
∴,
∵f(α)=sin(α),
∴α∈(,),
∴cos(α),
∴f(α)=sin(α)=sin(α)=cos(α).
43.【解析】(1)由已知可得 2sinα+1﹣2sin22sinα+cosα=0,
所以.
(2)由(1)及二倍角公式化简

44.【解析】(1)原式;
(2)

45.【解析】(1),

所以f(x)的最小正周期为.
(2)由(1)得f()sin(α),
所以sin(α),
因为得,0,
所以cos(),
所以cos()=sinα=sin[()]sin()cos().
五.三角函数中的恒等变换应用
46.【解析】,
对于A:若,所以,因为y=sinx在上不单调,故A错误;
对于B:,故f(x)关于直线对称,故B错误;
对于C:将f(x)的图像向左平移个单位得到,故C错误;
因为f(x)关于直线对称,又,即x1、x2关于对称,
所以f(x1)=f(x2),故D正确;
故选:D.
47.【解析】由于函数f(x)sinxcosx+sin2x;
对于A:函数f(x)的最小正周期为T,故A正确;
对于B:当x时,f(),故B错误;
对于C:当x时,f()=sin(),故C正确;
对于D:函数f(x)的图象向左平移个单位,得到y=sin2x的图象,故D正确.
故选:B.
48.【解析】,
由于x∈[0,π],所以,
要使f(x)在[0,π]上有且仅有2个极小值点,
则,即.
故选:D.
49.【解析】f(x)=cos2x﹣sin2x=cos2x,周期T=π,
∴f(x)的单调递减区间为[kπ,](k∈Z),单调递增区间为[,π+kπ](k∈Z),
对于A,f(x)在(,)上单调递增,故A错误,
对于B,f(x)在(,0)上单调递增,在(0,)上单调递减,故B错误,
对于C,f(x)在(0,)上单调递减,故C正确,
对于D,f(x)在(,)上单调递减,在(,)上单调递增,故D错误,
故选:C.
50.【解析】令f(x)
则f(x)

因为,所以,
所以,
由于不等式对于恒成立
可得m≤f(x)min.
所以m的取值范围为.
故答案为:.
51.【解析】f(x)=cos2x+sinx+1=1﹣2sin2x+sinx+1=﹣2sin2x+sinx+2=﹣2(sinx)2;
sinx时,f(x)max;
当sinx=﹣1时,f(x)min=﹣1;
故答案为:﹣1;.
52.【解析】函数化简可得f(x)sin2x﹣2cos2x+1=2sin(2x),
对于①:若f(x1)=f(x2),可知x1,x2关于对称轴是对称的,即x1+x2,∴①不对;
对于②:令2x,可得;
∴f(x)在区间[,]上是增函数:②正确;
对于③:f(x)的图象关于x轴对称,即(x,y)关于x轴对称的点是(x,﹣y).
可得﹣y=2sin(2x),y=2sin(﹣2x)=﹣2cos(2x);∴③对;
对于④:设函数h(x)=f(x)﹣2x=2sin(2x)﹣2x
当θ时,h(θ﹣2)=2sin(2(θ﹣2))﹣2(θ﹣2)=2sin(2θ﹣4)﹣(2θ﹣4)
h(θ)=2sin(2θ)﹣2θ
h(θ+2)=2sin(2θ+4)﹣(2θ+4)
∴h(θ﹣2)+h(θ)+h(θ+2).
故答案为:②③④
53.【解析】sinxcosx=2sin(x)=a,
如图方程的解即为直线与三角函数图象的交点,在[0,2π]上,当a时,直线与三角函数图象恰有三个交点,
令sin(x),x2kπ,即x=2kπ,k∈Z
或x2kπ,即x=2kπ,k∈Z
∴此时x1=0,x2,x3=2π,
∴x1+x2+x3=02π.
故答案为:.
54.【解析】f(x)=sin(cossin )+1,
sin(ωx),
由题意得,,
故12kω,k=0,1,2,3 ,
当k=0时,.
因为,
所以0<ω≤2,
综上.
故选:C.
55.【解析】∵f(x)sinωx﹣cosωx(ω>0),
∴,
又集合A={x∈(0,π)|f(x)=1}含有3个元素,
∴方程f(x)=1,在(0,π)上只有三解,
∴,在(0,π)上只有三解,
∴或,
∴或,
又,在(0,π)上只有三解,
∴、、,其他值均不在(0,π)内,
∴,解得,
故选:D.
56.【解析】(1),
因为,
所以﹣11≤3,
所以函数f(x)的值域是[﹣1,3].
令,k∈Z,解得,k∈Z,
所以函数f(x)的单调递增区间为,k∈Z.
(2)由,得,
因为,所以,所以,
所以,
所以,
所以.
57.【解析】f(x)sinωx+cosωx=2sin(ωx),
因为0,
所以ωx,
要使得f(x)在区间(0,)上仅有一条对称轴及一个对称中心,
所以π,
解得5<ω≤8.
故选:B.
58.【解析】∵f(x)=sin(x)sin(x)[1﹣cos(x)]=2sin(x),
∴f(x)=0 2sin(x)=0,
由sin(x)=0,得xkπ(k∈Z),即x=kπ(k∈Z),
∵f(x)在[0,m]上恰有10个零点,
∴sin(x)=0在[0,m]上恰有10个解,
∴9π≤m10π,解得m,
故答案为:[,).
59.【解析】(1)f(x)=2sinxcosx+2cos2x﹣1
cos2x
=2sin(2x),
当2x2kπ,k∈Z,
即xkπ,k∈Z时,f(x)的最大值为2;
(2)由(1)及题意得f()=2sin(A)=2,
∴sin(A)=1,∴A,A,
由余弦定理得a2=b2+c2﹣2bccosA,所以b2+c2﹣bc=1,
∵2,
∴b3+c3(b+c)(b2+c2﹣bc)﹣2
=b+c﹣2()2≥0,当且仅当b=c时等号成立,
∴b3+c3.
60.【解析】(1)已知函数f(x)=asin2x+2cos2x,
则f(x)=f(﹣x)恒成立,
即asin2x+2cos2x=asin(﹣2x)+2cos2(﹣x)恒成立,
即2asin2x=0恒成立,
即a=0;
(2)已知,
则,
即,
则f(x)sin2x+2cos2x,
又,
则函数y=f(x)的值域为[﹣1,3].
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