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4. 三角函数之间的关系

解直角三角形及其应用 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 同一锐角的不同三角函数值之间存在的恒等变换关系,如平方和与商数关系。

从哪来 建立在“3. 相似三角形的性质”之上,利用相似三角形对应边成比例推导边长关系,进而得出函数值关系。

为什么 在直角三角形中,设两直角边为 $a, b$,斜边为 $c$。根据勾股定理 $a^2+b^2=c^2$,两边同除以 $c^2$ 即得 $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$;而 $\tan\alpha = \frac{a}{b} = \frac{a/c}{b/c} = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$。本质是边长代数关系在比值中的映射。

几何直观法
画出单位圆或直角三角形,标出 $a,b,c$。直接代入定义式 $\sin=\frac{a}{c}, \cos=\frac{b}{c}$,让学生亲手计算 $\sin^2+\cos^2$ 和 $\frac{\sin}{\cos}$,观察结果。
适合:抽象思维较弱,依赖图形辅助理解,喜欢动手计算验证的学生。
代数推导法
不画图,直接列出 $\sin\alpha, \cos\alpha, \tan\alpha$ 的定义式。通过代数变形,将 $\tan\alpha$ 转化为 $\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}$,强调这是“约分”过程。
适合:代数运算能力强,逻辑推理清晰,偏好符号运算的学生。
记忆口诀法
教授“同角平方和为1,正切等于正弦余弦比”。配合手指记忆法(如拇指代表1,食指中指代表sin/cos),强化肌肉记忆。
适合:应试压力大,需要快速提取公式,对深层原理不敏感但追求解题速度的学生。
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练一道
基础题
已知 $\sin\alpha = \frac{3}{5}$,且 $\alpha$ 为锐角,求 $\cos\alpha$ 和 $\tan\alpha$。
变式
已知 $\tan\alpha = 2$,求 $\frac{\sin\alpha + \cos\alpha}{\sin\alpha - \cos\alpha}$ 的值。
试试手自己判
检测题
已知 $\sin\alpha + \cos\alpha = \frac{7}{5}$,且 $\alpha$ 为锐角,求 $\sin\alpha - \cos\alpha$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$\frac{1}{5}$ 或 $-\frac{1}{5}$(注:因 $\alpha$ 为锐角,$\sin\alpha, \cos\alpha > 0$,且 $(\sin\alpha+\cos\alpha)^2 = 1 + 2\sin\alpha\cos\alpha = \frac{49}{25}$,故 $2\sin\alpha\cos\alpha = \frac{24}{25}$。$(\sin\alpha-\cos\alpha)^2 = 1 - 2\sin\alpha\cos\alpha = 1 - \frac{24}{25} = \frac{1}{25}$。故 $\sin\alpha - \cos\alpha = \pm\frac{1}{5}$。由于题目未指定 $\alpha$ 具体大小,两种情况均可能,但若结合 $\sin\alpha+\cos\alpha=\frac{7}{5}$ 可解出 $\sin\alpha, \cos\alpha$ 具体值,通常 $\sin\alpha=\frac{4}{5}, \cos\alpha=\frac{3}{5}$ 或反之,差值为 $\pm\frac{1}{5}$。若需唯一解,通常需附加条件如 $\alpha > 45^\circ$。此处判对标准:算出平方为 $1/25$ 且讨论了正负或根据具体边长确定符号即可)。
判对标准:
1. 能利用 $(\sin\alpha+\cos\alpha)^2$ 展开求出 $2\sin\alpha\cos\alpha$ 的值;
2. 能利用 $(\sin\alpha-\cos\alpha)^2$ 展开求出其平方值;
3. 能根据锐角条件或具体数值判断符号(若无法确定符号,写出 $\pm\frac{1}{5}$ 并说明理由也算对)。
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