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三、三角恒等变换技巧

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 利用三角函数间的内在联系,将复杂的三角表达式转化为更简单形式或求值的过程。

从哪来 建立在“一、函数的定义”与“三、函数图像”之上,理解三角函数作为周期性函数的性质及图像特征。

为什么 三角函数值在 $0$ 到 $2\pi$ 范围内具有确定对应关系,且不同角(如 $\alpha$ 与 $\pi-\alpha$)的函数值存在对称性。恒等变换本质是利用这种对称性和周期性,通过“角”的拆分与重组,将未知角的函数值转化为已知角的函数值,或简化运算结构。

讲法
适合:直观型、视觉记忆强的学生 利用单位圆讲解。画出单位圆,标出角 $\alpha$ 的终边与单位圆交点 $P(x,y)$。 1. 观察 $\pi-\alpha$ 的终边,它是 $P$ 点关于 $y$ 轴的对称点 $P'(-x,y)$。 2. 直接读出:$\sin(\pi-\alpha) = y = \sin\alpha$,$\cos(\pi-\alpha) = -x = -\cos\alpha$。 3. 结论:正弦看纵坐标(对称后不变),余弦看横坐标(对称后变号)。 *核心口诀:正弦同号,余弦异号(针对第二象限)。*
讲法
适合:逻辑型、喜欢推导的学生 利用两角和公式推导。 1. 已知 $\sin(\alpha+\beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta$。 2. 令 $\beta = \pi - \alpha$,则 $\alpha + \beta = \pi$。 3. $\sin(\pi) = 0$,代入公式:$0 = \sin\alpha\cos(\pi-\alpha) + \cos\alpha\sin(\pi-\alpha)$。 4. 此路不通,改用 $\sin(\pi - \alpha) = \sin(\pi + (-\alpha))$ 或直接利用 $\sin(\pi-\alpha) = \sin(\pi)\cos\alpha - \cos(\pi)\sin\alpha$。 5. 代入 $\sin\pi=0, \cos\pi=-1$,得 $\sin(\pi-\alpha) = 0 - (-1)\sin\alpha = \sin\alpha$。 *核心逻辑:公式是通用的,特殊角是公式的特例。*
适合:应试型、追求速度的学生** “象限符号法” + “函数名变换法”。 1. **看象限
$\pi-\alpha$ 在第二象限(假设 $\alpha$ 为锐角)。 2. 定符号:第二象限,正弦为正,余弦为负,正切为负。 3. 换名字:$\pi$ 是 $\frac{\pi}{2}$ 的偶数倍,函数名不变(sin变sin,cos变cos)。 4. 组合:$\sin(\pi-\alpha) = +\sin\alpha$;$\cos(\pi-\alpha) = -\cos\alpha$。 *核心技巧:先定符号,再定函数名,最后写结果。*
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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 $\cos(\pi - \alpha)$ 的值。
变式
已知 $\tan(\alpha + \frac{\pi}{4}) = 2$,求 $\frac{\sin\alpha - \cos\alpha}{\sin\alpha + \cos\alpha}$ 的值。
试试手自己判
检测题
若 $\sin(\frac{\pi}{6} + \alpha) = \frac{1}{3}$,求 $\cos(\frac{2\pi}{3} + \alpha)$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$-\frac{1}{3}$
判对标准:
1. 识别出 $(\frac{2\pi}{3} + \alpha) = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$ 或更优路径:$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$ 较难,观察角度关系:$(\frac{\pi}{6} + \alpha) + (\frac{\pi}{3} - \alpha) = \frac{\pi}{2}$,互余。
更直接的关系:$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$ 不对。
正确关系:$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$ 依然复杂。
最佳路径:$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$ 还是不对。
让我们找互补或互补关系:
$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$。
其实:$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$ 这个思路卡住了。
重新观察:$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \pi - (\frac{\pi}{3} - \alpha)$。
等等,$\frac{\pi}{6} + \alpha$ 和 $\frac{2\pi}{3} + \alpha$ 的关系?
$\frac{2\pi}{3} + \alpha = \frac{\pi}{2} + (\frac{\pi}{6} + \alpha)$。
利用 $\cos(\frac{\pi}{2} + \theta) = -\sin\theta$。
令 $\theta = \frac{\pi}{6} + \alpha$。
则 $\cos(\frac{2\pi}{3} + \alpha) = \cos(\frac{\pi}{2} + \theta) = -\sin\theta = -\sin(\frac{\pi}{6} + \alpha)$。
已知 $\sin(\frac{\pi}{6} + \alpha) = \frac{1}{3}$。
所以结果为 $-\frac{1}{3}$。
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