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1. 两角和差公式

三角函数的概念、性质与应用 · 高三
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 利用两角和与差的正弦、余弦、正切公式,将复杂角的三角函数值转化为已知角的三角函数值的运算法则。

从哪来 本知识点建立在4. 三角函数(单位圆定义、同角关系)与3. 函数图像变换(平移变换理解相位变化)的基础之上。

为什么 核心逻辑源于单位圆上的旋转。 设角 $\alpha$ 终边与单位圆交于点 $A(\cos\alpha, \sin\alpha)$,角 $\beta$ 终边交于点 $B(\cos\beta, \sin\beta)$。 向量 $\vec{OA}$ 与 $\vec{OB}$ 的夹角为 $\alpha - \beta$。 根据向量数量积定义:$\vec{OA} \cdot \vec{OB} = |\vec{OA}| |\vec{OB}| \cos(\alpha - \beta) = \cos(\alpha - \beta)$。 同时根据坐标运算:$\vec{OA} \cdot \vec{OB} = \cos\alpha\cos\beta + \sin\alpha\sin\beta$。 联立得 $\cos(\alpha - \beta) = \cos\alpha\cos\beta + \sin\alpha\sin\beta$。 正弦公式可通过诱导公式 $\sin(\alpha+\beta) = \cos[\frac{\pi}{2}-(\alpha+\beta)]$ 推导得出;正切公式由 $\tan = \frac{\sin}{\cos}$ 直接推导。

讲法
几何直观法 适合:形象思维强、对抽象代数推导感到困难的学生。 1. 画出单位圆,标出角 $\alpha$ 和 $\beta$ 的终边及交点坐标。 2. 强调向量夹角公式 $\vec{a}\cdot\vec{b}=|\vec{a}||\vec{b}|\cos\theta$ 的几何意义。 3. 引导学生发现:坐标乘积之和(代数)等于模长乘积乘以夹角余弦(几何)。 4. 结论:$\cos(\alpha-\beta)$ 的展开式就是两个向量坐标对应项乘积之和。
讲法
复数乘法法 适合:代数基础扎实、喜欢逻辑推导、有复数预习基础的学生。 1. 回顾欧拉公式或复数三角形式:$z_1 = \cos\alpha + i\sin\alpha$, $z_2 = \cos\beta + i\sin\beta$。 2. 计算 $z_1 \cdot z_2 = (\cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta) + i(\sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta)$。 3. 根据复数乘法性质,$z_1 z_2$ 的模为 1,辐角为 $\alpha+\beta$,故 $z_1 z_2 = \cos(\alpha+\beta) + i\sin(\alpha+\beta)$。 4. 对比实部与虚部,直接得到和角公式。此法逻辑严密,一步到位。
特殊值验证与结构记忆法** **适合:应试导向、追求解题速度、记忆力较好的学生。** 1. **结构特征
余弦公式是“同名相乘加,异名相乘减”($\cos\alpha\cos\beta \pm \sin\alpha\sin\beta$);正弦公式是“异名相乘加,符号看中间”($\sin\alpha\cos\beta \pm \cos\alpha\sin\beta$)。 2. 符号规律:和角公式中,余弦项符号与中间符号一致($\cos(\alpha+\beta)$ 中 $\cos\alpha\cos\beta$ 为正,$\sin\alpha\sin\beta$ 为负);正弦项符号与中间符号一致($\sin(\alpha+\beta)$ 中两项均为正)。 3. 口诀:“余余加正正,正弦异名加;和角余弦负,差角余弦正。” 4. 通过代入 $\alpha=\beta=45^\circ$ 等特例快速验证记忆是否正确。
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练一道
基础题
已知 $\sin\alpha = \frac{3}{5}, \alpha \in (\frac{\pi}{2}, \pi)$,$\cos\beta = -\frac{12}{13}, \beta \in (\pi, \frac{3\pi}{2})$,求 $\cos(\alpha + \beta)$。
变式
已知 $\tan\alpha = 2, \tan\beta = 3$,求 $\tan(\alpha - \beta)$ 及 $\alpha - \beta$ 所在的象限(假设 $\alpha, \beta$ 均为锐角)。
试试手自己判
检测题
已知 $\sin\alpha + \cos\alpha = \frac{1}{5}$,且 $\alpha \in (0, \pi)$,求 $\sin 2\alpha$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$-\frac{24}{25}$
判对标准:
1. 学生能正确利用 $(\sin\alpha + \cos\alpha)^2 = 1 + \sin 2\alpha$ 展开式(1分)。
2. 代入数值计算 $\frac{1}{25} = 1 + \sin 2\alpha$(1分)。
3. 解得 $\sin 2\alpha = -\frac{24}{25}$(1分)。
4. 关键判分点:若学生未讨论 $\alpha$ 的范围而直接给出答案,需检查其是否意识到 $\sin 2\alpha$ 为负值意味着 $2\alpha$ 在第二或第三象限,进而推断 $\alpha$ 在 $(\frac{\pi}{2}, \pi)$,这与 $\sin\alpha + \cos\alpha > 0$ 矛盾?不,$\sin\alpha + \cos\alpha = \frac{1}{5} > 0$,且 $\alpha \in (0, \pi)$。
实际上,$\sin\alpha + \cos\alpha = \sqrt{2}\sin(\alpha + \frac{\pi}{4}) = \frac{1}{5}$。
因为 $\alpha \in (0, \pi)$,所以 $\alpha + \frac{\pi}{4} \in (\frac{\pi}{4}, \frac{5\pi}{4})$。
$\sin(\alpha + \frac{\pi}{4}) = \frac{1}{5\sqrt{2}} > 0$,所以 $\alpha + \frac{\pi}{4} \in (\frac{\pi}{4}, \pi)$,即 $\alpha \in (0, \frac{3\pi}{4})$。
在此范围内,$\sin\alpha > 0, \cos\alpha$ 可正可负。
由 $\sin\alpha + \cos\alpha = \frac{1}{5}$ 且 $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$,解得 $\sin\alpha\cos\alpha = -\frac{12}{25}$。
因为 $\sin\alpha > 0$,所以 $\cos\alpha < 0$,即 $\alpha$ 为钝角。
$\sin 2\alpha = 2\sin\alpha\cos\alpha = -\frac{24}{25}$。
只要学生得出 $-\frac{24}{25}$ 且过程逻辑自洽(即使未显式写出象限判断,但结果正确),即判对。 若结果为 $\frac{24}{25}$,判错。
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