第12講   三角函數(shù)

高考試題中的三角函數(shù)題相對(duì)比較傳統(tǒng),難度較低,位置靠前,重點(diǎn)突出。因此,在復(fù)習(xí)過程中既要注重三角知識(shí)的基礎(chǔ)性,突出三角函數(shù)的圖象、周期性、單調(diào)性、奇偶性、對(duì)稱性等性質(zhì)。以及化簡(jiǎn)、求值和最值等重點(diǎn)內(nèi)容的復(fù)習(xí),又要注重三角知識(shí)的工具性,突出三角與代數(shù)、幾何、向量的綜合聯(lián)系,以及三角知識(shí)的應(yīng)用意識(shí)。

一、知識(shí)整合

1.熟練掌握三角變換的所有公式,理解每個(gè)公式的意義,應(yīng)用特點(diǎn),常規(guī)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(yīng)用這些方法進(jìn)行三角函數(shù)式的求值、化簡(jiǎn)、證明;掌握三角變換公式在三角形中應(yīng)用的特點(diǎn),并能結(jié)合三角形的公式解決一些實(shí)際問題.

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2.熟練掌握正弦函數(shù)、余弦函數(shù)、正切函數(shù)、余切函數(shù)的性質(zhì),并能用它研究復(fù)合函數(shù)的性質(zhì);熟練掌握正弦函數(shù)、余弦函數(shù)、正切函數(shù)、余切函數(shù)圖象的形狀、特點(diǎn),并會(huì)用五點(diǎn)畫出函數(shù)的圖象;理解圖象平移變換、伸縮變換的意義,并會(huì)用這兩種變換研究函數(shù)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(xiàn)。主要考察內(nèi)容按綜合難度分,我認(rèn)為有以下幾個(gè)層次:

第一層次:通過誘導(dǎo)公式和倍角公式的簡(jiǎn)單運(yùn)用,解決有關(guān)三角函數(shù)基本性質(zhì)的問題。如判斷符號(hào)、求值、求周期、判斷奇偶性等。

第二層次:三角函數(shù)公式變形中的某些常用技巧的運(yùn)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(shù)作為一種特殊函數(shù)的圖象及周期性、奇偶性、單調(diào)性、有界性等特殊性質(zhì),解決較復(fù)雜的函數(shù)問題。如分段函數(shù)值,求復(fù)合函數(shù)值域等。

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三、方法技巧

1.三角函數(shù)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(xiàng)的分拆與角的配湊。如分拆項(xiàng):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(hào)確定,角的值由tan=確定。

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2.證明三角等式的思路和方法。

(1)思路:利用三角公式進(jìn)行化名,化角,改變運(yùn)算結(jié)構(gòu),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(shù)學(xué)歸納法。

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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(shù)的單調(diào)性,利用正、余弦函數(shù)的有界性,利用單位圓三角函數(shù)線及判別法等。

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4.解答三角高考題的策略。

(1)發(fā)現(xiàn)差異:觀察角、函數(shù)運(yùn)算間的差異,即進(jìn)行所謂的“差異分析”。

(2)尋找聯(lián)系:運(yùn)用相關(guān)公式,找出差異之間的內(nèi)在聯(lián)系。

(3)合理轉(zhuǎn)化:選擇恰當(dāng)?shù)墓,促使差異的轉(zhuǎn)化。

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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(jié)構(gòu)特點(diǎn)(如果不具備,通過構(gòu)造的辦法得到),進(jìn)行弦、切互化,就會(huì)使解題過程簡(jiǎn)化。

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例2.求函數(shù)的值域。

解:設(shè),則原函數(shù)可化為

,因?yàn)椋?/p>

當(dāng)時(shí),,當(dāng)時(shí),,

所以,函數(shù)的值域?yàn)椤?/p>

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例3.已知函數(shù)。

(1)求的最小正周期、的最大值及此時(shí)x的集合;

(2)證明:函數(shù)的圖像關(guān)于直線對(duì)稱。

解: 

       

(1)所以的最小正周期,因?yàn)椋?/p>

所以,當(dāng),即時(shí),最大值為;

(2)證明:欲證明函數(shù)的圖像關(guān)于直線對(duì)稱,只要證明對(duì)任意,有成立,

因?yàn)椋?/p>

,

所以成立,從而函數(shù)的圖像關(guān)于直線對(duì)稱。

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例4. 已知函數(shù)y=cos2x+sinx?cosx+1  (x∈R),

(1)當(dāng)函數(shù)y取得最大值時(shí),求自變量x的集合;

(2)該函數(shù)的圖像可由y=sinx(x∈R)的圖像經(jīng)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(shí),只需2x+=+2kπ,(k∈Z),即  x=+kπ,(k∈Z)。

所以當(dāng)函數(shù)y取最大值時(shí),自變量x的集合為{x|x=+kπ,k∈Z}

(2)將函數(shù)y=sinx依次進(jìn)行如下變換:

(i)把函數(shù)y=sinx的圖像向左平移,得到函數(shù)y=sin(x+)的圖像;

(ii)把得到的圖像上各點(diǎn)橫坐標(biāo)縮短到原來的倍(縱坐標(biāo)不變),得到函數(shù)y=sin(2x+)的圖像;

(iii)把得到的圖像上各點(diǎn)縱坐標(biāo)縮短到原來的倍(橫坐標(biāo)不變),得到函數(shù)y=sin(2x+)的圖像;

(iv)把得到的圖像向上平移個(gè)單位長(zhǎng)度,得到函數(shù)y=sin(2x+)+的圖像。

綜上得到y(tǒng)=cos2x+sinxcosx+1的圖像。

說明:本題是2000年全國(guó)高考試題,屬中檔偏容易題,主要考查三角函數(shù)的圖像和性質(zhì)。這類題一般有兩種解法:一是化成關(guān)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(gè)三角函數(shù)的二次三項(xiàng)式。本題(1)還可以解法如下:當(dāng)cosx=0時(shí),y=1;當(dāng)cosx≠0時(shí),y=+1=+1

化簡(jiǎn)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(shí)對(duì)應(yīng)自變量x的值集為{x|x=kπ+,k∈Z}

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例5.已知函數(shù)

   (Ⅰ)將f(x)寫成的形式,并求其圖象對(duì)稱中心的橫坐標(biāo);

   (Ⅱ)如果△ABC的三邊a、b、c滿足b2=ac,且邊b所對(duì)的角為x,試求x的范圍及此時(shí)函數(shù)f(x)的值域.

解: 

(Ⅰ)由=0即

即對(duì)稱中心的橫坐標(biāo)為

(Ⅱ)由已知b2=ac

  即的值域?yàn)?

綜上所述,    ,          值域?yàn)?nbsp;.

說明:本題綜合運(yùn)用了三角函數(shù)、余弦定理、基本不等式等知識(shí),還需要利用數(shù)形結(jié)合的思想來解決函數(shù)值域的問題,有利于培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)算能力,對(duì)知識(shí)進(jìn)行整合的能力。

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例6.在中,a、b、c分別是角A、B、C的對(duì)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?yàn),,所以,因(yàn),所以,又,所以?/p>

(2)在中,由余弦定理可得,又,

所以有,所以的面積為

。

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例7.已知向量

,且,

(1)求函數(shù)的表達(dá)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(dǎo)數(shù),解得,列表如下:

 

t

-1

(-1,1)

1

(1,3)

導(dǎo)數(shù)

0

0

+

極大值

遞減

極小值

遞增

而所以。

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例8.已知向量,

(1)    求的值;

(2)    (2)若的值。

解:(1)因?yàn)?/p>

所以

又因?yàn),所以?/p>

即;

(2) ,

又因?yàn),所?,

,所以,所以

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例9.平面直角坐標(biāo)系有點(diǎn)

(1)       求向量和的夾角的余弦用表示的函數(shù);

(2)       求的最值.

解:(1),

              即         

(2) ,  又    ,

     ,     ,   .

說明:三角函數(shù)與向量之間的聯(lián)系很緊密,解題時(shí)要時(shí)刻注意。

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