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二、二倍角公式

三角函数的概念、图像与公式 · 高一
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 利用两角和公式推导出的,将二倍角的正弦、余弦、正切用单角三角函数表示的恒等式。

从哪来 它建立在一、函数的定义(明确自变量 $\alpha$ 与 $2\alpha$ 的对应关系)以及三、函数图像(理解 $y=\sin x$ 等图像中 $x$ 与 $2x$ 的几何位置关系)之上。

为什么 二倍角公式本质是两角和公式的特例。当两角和公式 $\sin(\alpha+\beta)$ 中的 $\beta$ 取值为 $\alpha$ 时,即 $\sin(2\alpha)=\sin(\alpha+\alpha)$,展开后利用同角三角函数关系 $\sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1$ 进行变形,即可得到仅含单角 $\alpha$ 的表达式。其核心逻辑是“降次”与“变角”,将复杂的双角关系转化为简单的单角关系,从而简化计算或证明。

代数推导法
直接由 $\sin(\alpha+\beta)$ 和 $\cos(\alpha+\beta)$ 出发,令 $\beta=\alpha$,逐步展开并化简。
适合:逻辑推理能力强、擅长符号运算、对公式记忆困难但理解推导过程的学生。
几何直观法
在单位圆中,画出角 $\alpha$ 和 $2\alpha$ 的终边,通过坐标投影对比 $\sin 2\alpha$ 与 $\sin \alpha, \cos \alpha$ 的几何长度关系,直观感受“倍角”带来的变化。
适合:空间想象力好、偏好图形化思维、对纯代数推导感到枯燥的学生。
结构对比法
将 $\sin 2\alpha$、$\cos 2\alpha$、$\tan 2\alpha$ 与 $\sin(\alpha+\beta)$ 等公式并列对比,强调“和差化积”与“倍角”在结构上的异同,特别是 $\cos 2\alpha$ 的三种变形形式。
适合:喜欢归纳总结、善于发现规律、容易混淆不同公式结构的学生。
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练一道
基础题
已知 $\sin \alpha = \frac{3}{5}$,且 $\alpha \in (\frac{\pi}{2}, \pi)$,求 $\cos 2\alpha$ 的值。
变式
已知 $\tan \alpha = 2$,求 $\frac{\sin 2\alpha + \cos 2\alpha}{\sin 2\alpha - \cos 2\alpha}$ 的值。
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. 正确平方已知条件得到 $\sin 2\alpha + 1 = \frac{1}{25}$,从而得出 $\sin 2\alpha = -\frac{24}{25}$。
2. 若能进一步判断 $\alpha$ 为钝角(因为 $\sin \alpha + \cos \alpha > 0$ 且 $\sin 2\alpha < 0$,说明 $\alpha$ 在第二象限),则逻辑更完整,但仅求出数值 $-\frac{24}{25}$ 即视为掌握核心公式应用。
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