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竞赛讲座-平面三角

来自:查字典高考网 2009-08-31

三角函数与反三角函数,是五种基本初等函数中的两种,在现代科学的很多领域中有着广泛的应用.同时它也是高考、数学竞赛中的必考内容之一.

一、三角函数的性质及应用

三角函数的性质大体包括:定义域、值域、奇偶性、周期性、单调性、最值等.这里以单调性为最难.它们在平面几何、立体几何、解析几何、复数等分支中均有广泛的应用.

【例1】求函数y=2sin(-2x)的单调增区间。

解:y=2sin(-2x)=2sin(2x+)。

由2k2x++,kZ,

得kx-,kZ。

即原函数的单调增区间为:[k-,k-](kZ)。

【例2】若(0,),比较sin(cos),cos(sin),cos这三者之间的大小。

解:∵在(0,)中,sinxtgx,而01,sin(coscos。

∵在(0,)中,y=cosx单调递减,coscos(sin)。

sin(coscoscos(sin)。

【例3】已知x,y[-,],aR,且。求cos(x+2y)的值。

解:原方程组化为。

∵x,-2y[-,],函数f(t)=t3+sint在[-,]上单调递增,且f(x)=f(-2y)

x=2y,cos(x+2y)=1。

【例4】求证:在区间(0,)内存在唯一的两个数c、d(c<d),使得sin(cosc)=c,cos(sind)=d.

证明:考虑函数f(x)=cos(sinx)-x,在区间[0,]内是单调递减的,并且连续,由于f(0)=cos(sin0)-0=10,f()=cos(sin)-=cos1-0,

存在唯一的d(0,),使f(d)=0,即cos(sind)=d.

对上式两边取正弦,并令c=sind,有sin(cos(sind))=sind,sin(cosc)=c。

显然c(0,)。且由y=sinx在(0,)上的单调性和d的唯一性,知c也唯一。

故存在唯一的c<d,使命题成立。

【例5】、、(0,),且ctg=,sin(ctg)=,ctg(sin)=。比较、、的大小。

解:∵、、(0,),ctg0,0sin。

=sin(ctgctg,=ctg(sinctg。

作出函数y=ctgx在(0,)上的图象,可看出:。

【例6】nN,n2,求证:coscoscos。

证明:∵01,

0,cos2=1-sin21-=,k=2,3,,n。

(coscoscos)2()()()()

=()2,

coscoscos。

二、三角恒等变换

众多的三角公式,构成了丰富多彩的三角学。要灵活地进行三角恒等变换,除熟练地掌握三角公式以及一般的代数变形技巧外,更重要的是抓住三角式的结构特征,从角和函数名入手,深入分析,灵活解题。

【例1】(1)已知cos=-,sin(+)=,且0,求sin的值。

(2)已知sin(-)=,求的值。

提示:(1)sin=。

(2)sin2=1-2sin2(-)=;=。

【说明】三角变换重在角的变换。

【例2】求coscoscoscos的值。

解法1:利用公式coscos2cos4cos2n=,得

coscoscoscos=-,coscoscoscos=。

又coscos=,cos=,

coscoscoscos==。

解法2:coscoscoscos

=

==。

解法3:利用公式coscos(+)cos(-)=cos3,取=、。

【例3】求cos420+cos440+cos480的值。

解:由倍角公式得

cos4=()2=(1+2cos2+cos22)=+cos2+cos4,

cos420+cos440+cos480=3+(cos40+cos80+cos160)

+(cos80+cos160+cos320)=+(cos40+cos80+cos160)

=+(2cos60cos20-cos20)=。

【例4】若sin+cos=,cos+sin=,求sincos的值。

解:令=-,则

(1)(2)得tg=,cos(+)=,

sincos=sinsin=-[cos(+)+cos(-)]=-。

【例5】已知f(x)=sin(x+)+cos(x-)是偶函数,0,求。

解法一:由偶函数的定义,可得(cos+sin)sinx=0对任意xR成立。

cos+sin=0,2sin(+)=0,

+=k,而0,=。

解法二:由f(-)=f(),得=,然后验证f(x)是偶函数。

【例7】方程sinx+cosx+a=0在(0,2)内有相异两根、,求实数a的取值范围,以及+的值。

解:∵sinx+cosx+a=0,sin(x+)=-。

令t=x+,则t(,),sint=-。

作出函数y=sint,t(,)的图象:

由图象可以看出:当-11且-即-2-或-2时,sint=-有相异两根t1、t2,原方程有相异两根、,并且

当-2-时,t1+t2=(+)+(+)=,+=;

当-2时,t1+t2=(+)+(+)=3,+=。

【例8】已知sinx+siny+sinz=cosx+cosy+cosz=0,求s=tg(x+y+z)+tgxtgytgz的值。

解:由已知得,

(1)2+(2)2得cos(x-y)=-,

同理,cos(y-z)=-,cos(z-x)=-。

x,y,z中任意两角的终边夹角为,不妨设

x=y++2mZ,y=z++2nZ,

x=z++2(m+n),

x+y+z=3z+2(m+2n+1),

s=tg(x+y+z)+tgxtgytgz

=tg3z+tg(z+)tg(z+)tgz

=tg3z+tg(z+)tg(z-)tgz

=tg3z+tgztg(+z)tg(-z)

=0。

【说明】如能熟练运用下列公式,可对解题带来很大方便:

sinsin(+)sin(-)=sin3,

coscos(+)cos(-)=cos3,

tgtg(+)tg(-)=tg3。

如sin10sin50sin70=sin(310)=。

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