资源简介 第2课时 三角恒等变换的应用[学习目标] 1.能够利用三角恒等变换对三角函数进行化简、合并.(数学运算) 2.能够利用三角恒等变换解决几何中的问题以及生活中的实际问题.(数学建模)[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况问题1.如何把y=a sin x+b cos x转化成y=A sin (x+φ)的形式?问题2.应用三角函数解决实际问题时应注意哪些问题?探究1 辅助角公式及应用问题1 利用和差角的正弦公式,如何化简三角函数式sin 20°-cos 20°.提示:sin 20°-cos 20°=sin 20°cos 60°-cos 20°·sin 60°=sin (20°-60°)=-sin 40°.问题2 根据两角和、差的正弦公式对下面几个式子进行化简:sin x±cos x,sin x±cos x,cos x±sin x.提示:sin x±cos x=sin ,sin x±cos x=2sin ,cos x±sin x=2sin .问题3 如何将三角函数式:y=a sin x+b cos x化简成y=A sin (x+φ)的形式?提示:第一步:提常数,提出,得到y=a sin x+b cos x=;第二步:引入辅助角φ,使其满足cos φ=,sin φ=;第三步:逆用公式,得a sin x+b cos x=(cos φsin x+sin φcos x)=sin (x+φ),其中tan φ=.[新知生成]辅助角公式a sin x+b cos x=sin (x+φ)(ab≠0),其中tan φ=,φ所在象限由a和b的符号确定.【教用·微提醒】 a sin x+b cos x=·cos (x-θ)也是常用的化简形式.[典例讲评] 1.化简下列各式:(1)y=3sin x-cos x;(2)y=cos 2x(sin 2x+cos 2x);(3)y=sin +sin .[解] (1)y=3sin x-cos x=2=2=sin .(2)y=cos 2x(sin 2x+cos 2x)=sin 2x cos 2x+cos22x=sin4x+=sin 4x+cos 4x+===sin .(3)y=sin +sin=sin cos +cos sin +sin=sin cos==sin . 将三角函数y=f (x)化为f (x)=A sin (ωx+φ)+m的措施(1)将sin x cos x运用二倍角公式化为sin 2x,对sin2x,cos2x运用降幂公式,对sin(x±α),cos (x±α)运用两角和与差的公式展开.(2)将(1)中得到的式子利用a sin α+b cos α=·sin (α+φ)化为f (x)=A sin (ωx+φ)+m的形式.[学以致用] 【链接教材P229习题5.5T12】1.用辅助角公式化简下列式子:(1)sin -cos ;(2)sin 4x-cos 4x;(3)sin x+cos x.[解] (1)sin -cos =2sin .(2)sin 4x-cos 4x===sin .(3)sin x+cos x=3=3(sin x cos θ+cos x sin θ)=3sin (x+θ),其中cos θ=,sin θ=,即tan θ=.【教材原题·P229习题5.5T12】化简:(1)3sin x+3cos x;(2)cos x-sin x;(3)sin +cos ;(4)sin cos .[解] (1)3sin x+3cos x=6=6sin .(2)cos x-sin x==sin .(3)sin +cos =.(4)sin cos==sin .探究2 恒等变换与三角函数的性质[典例讲评] 【链接教材P227例9】2.设函数f (x)=cos x cos +sin2x-.(1)求f (x)的最小正周期和单调递增区间;(2)当x∈时,求函数f (x)的最大值及此时的x值.[解] (1)f (x)=cos x cos +sin2x-=cos x+·sin 2x+=sin 2x-cos 2x=sin ,所以f (x)的最小正周期为=π,由2kπ-≤2kπ+(k∈Z) kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),所以函数的单调递增区间为(k∈Z).(2)当x∈时,2x-∈,所以当2x-,即x=时,函数f (x)有最大值.【教材原题·P227例9】例9 求下列函数的周期,最大值和最小值:(1)y=sin x+ cos x;(2)y=3sin x+4cos x.分析:便于求周期和最大值、最小值的三角函数式是y=A sin (x+φ),利用和角公式将其展开,可化为y=a sin x+b cos x的形式.反之,利用和(差)角公式,可将y=a sin x+b cos x转化为y=A sin (x+φ)的形式,进而就可以求得其周期和最值了.[解] (1)y=sin x+cos x=2=2=2sin .因此,所求周期为2π,最大值为2,最小值为-2.(2)设3sin x+4cos x=A sin (x+φ),则3sin x+4cos x=A sin x cos φ+A cos x sin φ.于是A cos φ=3,A sin φ=4,于是A2cos2φ+A2sin2φ=25,所以A2=25.取A=5,则cos φ=,sin φ=.由y=5sin (x+φ)可知,所求周期为2π,最大值为5,最小值为-5. 应用公式解决三角函数综合问题的步骤(1)降幂将解析式化为f (x)=a sin ωx+b cos ωx+k的形式:如将sin x cos x运用二倍角公式化为利用降幂公式sin2x=,cos2x=析式化为一次式.(2)利用辅助角公式a sin α+b cos α=·sin (α+φ)化成f (x)=A sin (ωx+φ)+k的形式.(3)将“ωx+φ”看作一个整体研究函数的性质.[学以致用] 【链接教材P228练习T1】2.求下列函数的最大值和最小值:(1)y=cos x+sin x;(2)y=sin x-cos x;(3)y=sin 2x-cos 2x.[解] (1)∵y=cos x+sin x=sin ,∴函数y=cos x+sin x的最大值为1,最小值为-1.(2)∵y=sin x-cos x=sin ,∴函数y=sin x-cos x的最大值为,最小值为.(3)∵y=sin 2x-cos 2x=2sin ,∴函数y=sin 2x-cos 2x的最大值为2,最小值为-2.【教材原题·P228练习T1】求下列函数的周期,最大值和最小值:(1)y=5cos x-12sin x;(2)y=cos x+2sin x.[解] (1)y=5cos x-12sin x=13=13cos (x+φ),其中tan φ=,∴函数y=5cos x-12sin x的最小正周期为T=2π,ymax=13,ymin=-13.(2)y=cos x+2sin x==cos (x-φ),其中tan φ=2,∴函数y=cos x+2sin x的最小正周期为T=2π,ymax=,ymin=-.【教用·备选题】 (源自湘教版教材)已知函数f (x)=2sin cos +cos ,求函数f (x)的周期、最大值和最小值.[解] 因为f (x)=sin +cos==2sin .所以f (x)的最小正周期T==4π.当sin =1时,f (x)取得最大值2;当sin =-1时,f (x)取得最小值-2.探究3 三角函数在实际问题中的应用[典例讲评] 【链接教材P227例10】3.在校园美化、改造活动中,某校决定在半径为30 m,圆心角为的扇形空地OPE内修建一个矩形的花坛ABCD,如图所示,请你确定B点的位置,使花坛的面积最大,并求出最大面积.[解] 如图所示,设CD的中点为M,连接OM,交AB于N,连接OC,记∠COM=α,,且OM=30cos α(m),CM=30sin α(m),BN=CM=30sin α(m),ON==sin α(m).所以S矩形ABCD=2·BN·BC=2×30sin α×(30cos α-10sin α)=1 800sin αcos α-600sin2α=900sin 2α-300(1-cos 2α)=600-300=600sin -300(m2),0<α<,由0<α<,得<2α+<,故当2α+,即α=时,(S矩形ABCD)max=600-300=,此时OB=2ON=20sin =(m).故当OB=10 m时,矩形ABCD的面积最大,最大面积为300 m2.【教材原题·P227例10】例10 如图5.5-2,在扇形OPQ中,半径OP=1,圆心角∠POQ=,C是扇形弧上的动点,矩形ABCD内接于扇形.记∠POC=α,求当角α取何值时,矩形ABCD的面积最大?并求出这个最大面积.分析:可先建立矩形ABCD的面积S与α之间的函数关系S=f (α),再求函数S=f (α)的最大值.[解] 在Rt△OBC中,OB=cos α,BC=sin α.在Rt△OAD中,=tan =.所以OA=sin α,AB=OB-OA=cos α-sin α.设矩形ABCD的面积为S,则S=AB·BC=sin α=sin αcos α-sin2α=sin 2α-(1-cos 2α)=sin 2α+cos 2α-==sin .由0<α<,得<2α+<,所以当2α+,即α=时,S最大=.因此,当α=时,矩形ABCD的面积最大,最大面积为. 用三角函数解实际问题应注意以下三点(1)充分借助平面几何性质,寻找数量关系.(2)注意实际问题中变量的范围.(3)重视三角函数有界性的影响.[学以致用] 【链接教材P228练习T2、T3】3.如图,已知扇形MON所在圆半径为1,∠MON=,扇形内接矩形ABOC,设∠AON=θ.(1)将矩形面积S表示为θ的函数,并指出θ的取值范围;(2)当θ取何值时,矩形面积S最大,并求S的最大值.[解] (1)由条件OA=1,∠AON=θ,∴OC=cos θ,AC=sin θ.∴S=sin θcos θ=sin 2θ,其中0<θ<.(2)∵0<θ<,∴0<2θ<π,故当2θ=,即θ=时,Smax=.1.【教材原题·P228练习T2】要在半径为R的圆形场地内建一个矩形的花坛,应怎样截取,才能使花坛的面积最大?[解] 如图,设圆心为O,长方形面积为S,设∠AOB=α,则AB=R sin α,OB=R cos α,∴S=2AB·2OB=2R sin α·2R cos α=2R2sin 2α,∴当α=时,花坛的面积最大,Smax=2R2.此时,AB=R.∴截取矩形的长为R,宽为R时,花坛面积最大,最大值为2R2.2.【教材原题·P228练习T3】已知正n边形的边长为a,内切圆的半径为r,外接圆的半径为R.求证R+r=.[证明] 设O是内切圆圆心,OB,OA分别是内切圆半径、外接圆半径,则OB=r,OA=R,∴α=.在Rt△OAB中,sin α=,即sin ,∴R=.cos α=,即cos ,∴r=R·cos ,∴R+r====.1.(多选)cos α-sin α的化简结果是( )A.sin B.cosC.sin D.cosAD [cos α-sin α==cos =sin .故选AD.]2.函数f (x)=cos2,x∈R,则f (x)( )A.是奇函数B.是偶函数C.既是奇函数,也是偶函数D.既不是奇函数,也不是偶函数D [ f (x)=cos2=(1-sin 2x)=sin 2x,此函数既不是奇函数也不是偶函数.故选D.]3.(教材P228练习T2改编)把截面半径为5的圆形木头锯成面积为y的矩形木料,如图,点O为圆心,OA⊥AB,设∠AOB=θ,把面积y表示为θ的表达式,则有( )A.y=50cos 2θ B.y=25sin θC.y=25sin 2θ D.y=50sin 2θD [由题知OB=5,∠AOB=θ,OA⊥AB,所以,在Rt△AOB中,OA=5cos θ,AB=5sin θ,所以,其矩形木料的面积为y=2OA×2AB=4×25sin θcos θ=100sin θcos θ=50sin 2θ.故选D.]4.(2024·全国甲卷)函数f (x)=sin x-cos x在[0,π]上的最大值是________.2 [由题意知,f (x)=sin x-cos x=2sin ,当x∈[0,π]时,x-∈,sin ∈,于是f (x)∈[-,2],故f (x)在[0,π]上的最大值为2.]1.知识链:2.方法链:转化与化归.3.警示牌:易忽视实际问题中的定义域.回顾本节知识,自主完成以下问题:1.试总结解决三角函数综合问题的步骤.[提示] 应用公式解决三角函数综合问题的三个步骤:↓↓2.用三角函数解决实际问题时,通常选什么作为自变量 求定义域时应注意什么 [提示] 通常选角作为自变量,求定义域时要注意实际意义和正弦、余弦函数有界性的影响.课时分层作业(五十七) 三角恒等变换的应用一、选择题1.(2021·全国乙卷)函数f (x)=sin +cos 的最小正周期和最大值分别是( )A.3π和 B.3π和2C.6π和 D.6π和2C [因为函数f (x)=sin +cos ===sin ,所以函数f (x)的最小正周期T==6π,最大值为.故选C.]2.已知函数f (x)=sin (x+φ)+cos (x+φ)是奇函数,则tan φ=( )A. B.-C. D.-D [由f (x)=sin (x+φ)+cos (x+φ)=2sin ,又函数为奇函数,则φ+=kπ,k∈Z,解得φ=-+kπ,k∈Z,所以tan φ=tan =-tan =-.故选D.]3.已知sin θ+cos θ=1,则cos =( )A. B.-C. D.-C [由sin θ+cos θ=1,得=1,即sin .又cos =1-2sin2,所以cos .故选C.]4.设m=cos 6°-sin 6°,n=sin 26°,p=,则它们的大小关系是( )A.pC.mC [cos 6°-sin 6° = sin 30°cos 6°-cos 30°sin 6° =sin (30°-6°) =sin 24°,p====cos 20°-sin 20°=sin 45°cos 20°-cos 45°sin 20°=sin (45°-20°)=sin 25°,∵y=sin x在上单调递增,∴sin 24°5.(多选)函数f (x)=sin2x+sin x cos x,则( )A.f (x)图象的一条对称轴方程为x=B.f (x)图象的一个对称中心为C.f (x)的最小值是D.f (x)的最大值是AD [ f (x)=sin2x+sin x cos x=sin 2x=sin .对于A,令2x-+kπ,k∈Z,得x=,k∈Z,令k=0,得f (x)图象的一条对称轴方程为x=,故A正确;对于B,令2x-=kπ,k∈Z,得x=,k∈Z,令k=0,得f (x)图象的一个对称中心为,故B错误;对于C,当sin =-1时,f (x)的最小值是-1+,故C错误;对于D,当sin =1时,f (x)的最大值是1+,故D正确.故选AD.]二、填空题6.若3sin x-cos x=2sin (x+φ),φ∈(-π,π),则φ=________.- [因为3sin x-cos x=2=2sin ,因为φ∈(-π,π),所以φ=-.]7.已知A为三角形的内角,则sin A+cos A的取值范围为________.(-1,] [∵A为三角形的内角,∴0<A<π.sin A+cos A==sin ,又<A+<,∴-<sin ≤1,∴-1<sin ≤,即-1<sin A+cos A≤.]8.如图是半径为1的半圆,且PQRS是半圆的内接矩形,设∠SOP=α,则其值为________时,矩形的面积最大,最大面积为________. 1 [∵OP=1,∠SOP=α,∴PS=sin α,SR=2cos α,∴矩形PQRS的面积S=SR·PS=2cos α·sin α=sin 2α,由题意知0<α<,则0<2α<π,∴当2α=,即α=时,Smax=1.]三、解答题9.已知函数f (x)=2sin x(cos x-sin x)+1.(1)求函数f (x)的单调递增区间;(2)设α∈,求sin α的值.[解] (1)f (x)=2sin x(cos x-sin x)+1=sin 2x+cos 2x=sin ,令-+2kπ≤2x++2kπ,k∈Z,得-+kπ≤x≤+kπ,k∈Z,所以函数f (x)的单调递增区间为,k∈Z.(2)因为f =sin ,所以sin ,又α∈,所以α+∈,所以cos ,所以sin α=sin=sin cos -cos sin=.10.若f (x)=cos x-sin x在[0,a]上单调递减,则a的最大值是( )A. B.C. D.πC [ f (x)=cos x-sin x=cos .当x∈[0,a]时,x+∈,所以结合题意可知,a>0,a+≤π,即011.当y=2cos x-3sin x取得最大值时,tan x的值是( )A. B.-C. D.4B [y=2cos x-3sin x==(sin φcos x-cos φsin x)=其中sin φ=,cos φ=.当sin (φ-x)=1,即φ-x=2kπ+(k∈Z)时,y取到最大值.∴φ=2kπ++x(k∈Z),∴sin φ=cos x,cos φ=-sin x,∴cos x=sin φ=,sin x=-cos φ=-,∴tan x=-.]12.(多选)已知函数f (x)=sin 2x+cos 2x+1,则( )A.f (x)的最小正周期是πB.f (x)的图象关于点对称C.f 是偶函数D.f (x)在上恰有4个零点ABD [ f (x)=sin 2x+cos 2x+1=2sin +1,对于A,f (x)的最小正周期是=π,所以A正确;对于B,因为f =2sin +1=1,所以f (x)的图象关于点对称,所以B正确;对于C,f =2sin +1=+1,令g(x)=f =2sin +1,则g(-x)=2sin +1=-2sin +1≠g(x),所以f 不是偶函数,故C错误;对于D,由f (x)=2sin +1=0,得sin ,所以2x++2kπ,k∈Z,或2x++2kπ,k∈Z,得x=-+kπ,k∈Z或x=+kπ,k∈Z,因为x∈,所以x=-,所以f (x)在上恰有4个零点,所以D正确.故选ABD.]13.设函数f (x)=2cos2x+sin 2x+a(a为实常数)在区间上的最小值为-4,那么a的值是________.-4 [ f (x)=2cos2x+sin 2x+a=1+cos 2x+sin 2x+a=2sin +a+1.当x∈时,2x+∈,∴f (x)min=2×+a+1=-4,∴a=-4.]14.已知函数f (x)=2cos ωx·sin ωx+cos 2ωx,其中ω>0.(1)若函数f (x)的最小正周期为π,求函数f (x)在的值域;(2)若f (x)在区间上单调递增,求ω的最大值,并求ω取最大值时函数y=f (x)图象的对称轴.[解] (1)f (x)=2cos ωx·sin ωx+cos 2ωx=sin 2ωx+cos 2ωx=2sin ,若函数f (x)的最小正周期为π,且ω>0,则=π,可得ω=1,所以f (x)=2sin ,由x∈,可得2x+∈,所以sin ∈,所以2sin ∈[-,2],即函数f (x)在上的值域为[-,2].(2)因为x∈,所以-,因为f (x)在区间上单调递增,所以(k∈Z),所以(k∈Z),又ω>0,所以取k=0,可得ω≤2,所以ω的最大值为2,此时f (x)=2sin ,令4x+=kπ+,k∈Z,解得x=,k∈Z,所以函数y=f (x)图象的对称轴为直线x=,k∈Z.15.如图,在扇形OPQ中,半径OP=1,圆心角∠POQ=,A是半径OP上的动点,矩形ABCD内接于扇形OPQ,且OA=OD.(1)若∠BOP=α,求线段AB的长;(2)求矩形ABCD面积的最大值.[解] (1)∵∠POQ=且OA=OD,∴△AOD为等边三角形,∴∠DAO=,又四边形ABCD为矩形,∴∠DAB=,∴∠BAP=,在扇形OPQ中,半径OP=1,过点B作OP的垂线,垂足为N,∴BN=OB sin α=sin α,在Rt△ABN中,AB==2sin α.(2)矩形ABCD面积S=AB·AD,设∠BOP =α,由(1)可知AB=2sin α,BN=sin α,ON=OB cos α=cos α,AN=AB cos =sin α,∴OA=ON-AN=cos α-sin α,∴S矩形ABCD=AB·AD=AB·OA=2sin α(cos α-sin α)=sin 2α+cos 2α-=2sin -,∵α∈,∴2α+∈,∴当2α+,即α=时,矩形ABCD面积有最大值,最大值为2-.1 / 1第2课时 三角恒等变换的应用[学习目标] 1.能够利用三角恒等变换对三角函数进行化简、合并.(数学运算) 2.能够利用三角恒等变换解决几何中的问题以及生活中的实际问题.(数学建模)探究1 辅助角公式及应用问题1 利用和差角的正弦公式,如何化简三角函数式sin 20°-cos 20°.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________问题2 根据两角和、差的正弦公式对下面几个式子进行化简:sin x±cos x,sin x±cos x,cos x±sin x.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________问题3 如何将三角函数式:y=a sin x+b cos x化简成y=A sin (x+φ)的形式?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________[新知生成]辅助角公式a sin x+b cos x=_____________(ab≠0),其中tan φ=,φ所在象限由a和b的符号确定.[典例讲评] 1.化简下列各式:(1)y=3sin x-cos x;(2)y=cos 2x(sin 2x+cos 2x);(3)y=sin +sin .[尝试解答] _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 将三角函数y=f (x)化为f (x)=A sin (ωx+φ)+m的措施(1)将sin x cos x运用二倍角公式化为sin 2x,对sin2x,cos2x运用降幂公式,对sin(x±α),cos (x±α)运用两角和与差的公式展开.(2)将(1)中得到的式子利用a sin α+b cos α=·sin (α+φ)化为f (x)=A sin (ωx+φ)+m的形式.[学以致用] 【链接教材P229习题5.5T12】1.用辅助角公式化简下列式子:(1)sin -cos ;(2)sin 4x-cos 4x;(3)sin x+cos x.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________探究2 恒等变换与三角函数的性质[典例讲评] 【链接教材P227例9】2.设函数f (x)=cos x cos +sin2x-.(1)求f (x)的最小正周期和单调递增区间;(2)当x∈时,求函数f (x)的最大值及此时的x值.[尝试解答] _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 应用公式解决三角函数综合问题的步骤(1)降幂将解析式化为f (x)=a sin ωx+b cos ωx+k的形式:如将sin x cos x运用二倍角公式化为利用降幂公式sin2x=,cos2x=析式化为一次式.(2)利用辅助角公式a sin α+b cos α=·sin (α+φ)化成f (x)=A sin (ωx+φ)+k的形式.(3)将“ωx+φ”看作一个整体研究函数的性质.[学以致用] 【链接教材P228练习T1】2.求下列函数的最大值和最小值:(1)y=cos x+sin x;(2)y=sin x-cos x;(3)y=sin 2x-cos 2x.[尝试解答] _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________探究3 三角函数在实际问题中的应用[典例讲评] 【链接教材P227例10】3.在校园美化、改造活动中,某校决定在半径为30 m,圆心角为的扇形空地OPE内修建一个矩形的花坛ABCD,如图所示,请你确定B点的位置,使花坛的面积最大,并求出最大面积.[尝试解答] _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 用三角函数解实际问题应注意以下三点(1)充分借助平面几何性质,寻找数量关系.(2)注意实际问题中变量的范围.(3)重视三角函数有界性的影响.[学以致用] 【链接教材P228练习T2、T3】3.如图,已知扇形MON所在圆半径为1,∠MON=,扇形内接矩形ABOC,设∠AON=θ.(1)将矩形面积S表示为θ的函数,并指出θ的取值范围;(2)当θ取何值时,矩形面积S最大,并求S的最大值.1.(多选)cos α-sin α的化简结果是( )A.sin B.cosC.sin D.cos2.函数f (x)=cos2,x∈R,则f (x)( )A.是奇函数B.是偶函数C.既是奇函数,也是偶函数D.既不是奇函数,也不是偶函数3.(教材P228练习T2改编)把截面半径为5的圆形木头锯成面积为y的矩形木料,如图,点O为圆心,OA⊥AB,设∠AOB=θ,把面积y表示为θ的表达式,则有( )A.y=50cos 2θ B.y=25sin θC.y=25sin 2θ D.y=50sin 2θ4.(2024·全国甲卷)函数f (x)=sin x-cos x在[0,π]上的最大值是________.1.知识链:2.方法链:转化与化归.3.警示牌:易忽视实际问题中的定义域.1 / 1 展开更多...... 收起↑ 资源列表 5.5 5.5.2 第2课时 三角恒等变换的应用(学生版).docx 5.5 5.5.2 第2课时 三角恒等变换的应用(教师版).docx