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三、任意角的三角函数

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 将单位圆上任意角终边与圆交点的坐标及比值,定义为该角的正弦、余弦、正切等函数值。

从哪来 它建立在一、函数的定义之上,将自变量从实数集扩展到任意角(弧度制),并依托三、函数图像中直角坐标系的思想,将三角关系几何化。

为什么 在锐角三角函数中,定义依赖于直角三角形,限制了角的范围。为了研究周期性运动(如圆周运动、波动),必须摆脱三角形的束缚。通过单位圆,任意角 $\alpha$ 的终边与圆交于点 $P(x,y)$,此时 $x=\cos\alpha, y=\sin\alpha$。这种定义方式将三角函数转化为“角”与“坐标”的映射,既保留了锐角时的几何意义,又自然延伸到了钝角、负角及大于 $360^\circ$ 的角,实现了从“静态图形”到“动态变量”的跨越。

几何直观法
适合视觉型、空间想象力强的学生。 操作:在黑板上画出单位圆,用一根细绳模拟终边旋转。强调“点 $P$ 的纵坐标 $y$ 就是 $\sin\alpha$,横坐标 $x$ 就是 $\cos\alpha$”。让学生亲手转动半径,观察 $x, y$ 随角度变化的趋势,建立“角动点动,坐标变”的直观联系。
代数映射法
适合逻辑型、抽象思维强的学生。 操作:直接列出映射关系 $f: \alpha \rightarrow (x,y)$。强调三角函数本质是定义在实数集(弧度)上的函数,$\sin\alpha$ 和 $\cos\alpha$ 只是该函数在特定输入下的输出值。重点讲解 $r=1$ 时,$x^2+y^2=1$ 恒成立,从而导出 $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$,强化代数结构。
对比迁移法
适合基础薄弱、需要巩固旧知的学生。 操作:先复习锐角三角函数(对边/斜边),指出其局限。然后展示单位圆中,当 $\alpha$ 为锐角时,构造直角三角形,证明单位圆定义下的 $\sin\alpha = y/1 = y$ 与旧定义 $y/r$ 完全一致。通过“殊途同归”消除学生对新定义的陌生感和恐惧感。
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练一道
基础题
已知角 $\alpha$ 的终边经过点 $P(-3, 4)$,求 $\sin\alpha, \cos\alpha, \tan\alpha$ 的值。
变式
已知角 $\alpha$ 的终边在直线 $y = -2x$ 上,求 $\sin\alpha + \cos\alpha$ 的值。
试试手自己判
检测题
若角 $\alpha$ 的终边经过点 $P(a, -1)$,且 $\cos\alpha = \frac{a}{\sqrt{a^2+1}} = \frac{4}{5}$,求 $\sin\alpha$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$-\frac{3}{5}$
判对标准:
1. 学生能正确列出 $r = \sqrt{a^2+1}$。
2. 学生能由 $\cos\alpha = \frac{a}{r} = \frac{4}{5}$ 且 $r>0$ 推导出 $a>0$(因为 $\cos$ 为正,且 $r$ 为正,故 $a$ 必为正)。
3. 学生能解出 $a=4$(或类似比例),进而求出 $y/r = -1/5$ 对应的 $\sin\alpha$。
4. 最终结果符号为负,数值为 $3/5$。若符号错或数值错均不得分。
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