书城教材教辅新课程师资培训教程-高中数学优秀课例
17684500000014

第14章 二倍角的正、余弦、正切(2)

cos2α有三种形式cos2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α,要依据条件,灵活选用公式。另外,逆用此公式时,更要注意结构形式。

板书设计

二倍角公式

sin2α=例1

cos2α=例2演练反馈

tan2α=例3总结提炼

应注意几个问题:例4

二倍角的正弦、余弦、正切(第二课时)

教学具准备

投影仪

教学目标

1应用倍角公式解决本章开头的一个应用问题。

2活用倍角公式,推求半角公式。

教学过程

设置情境

请同学看教材第3页上的一段文字,它叙述的是一个生活中的实际问题:“如图1,是一块以点O为圆心的半圆形空地,要在这块空地上画出一个内接矩形ABCD辟为绿地,使其一边AD落在半圆的直径上,另两点B、C落在半圆的圆周上。已知半圆的半径为α,如何选择关于点O对称的点A、D的位置,可以使矩形ABCD的面积最大?”根据教材提示应用所学的倍角公式,同学们能尝试解答它吗?

探索研究

分析:要使矩形ABCD的面积最大,就必须想办法把面积表示出来,不妨利用我们所学的三角知识,从角的方面进行考虑,设∠AOB=θ,则AB=αsinθ,OA=αcosθ,所以S可以用θ表示。

解:设∠AOB=θ则AB=αsinθAD=2AO=2αcosθS矩形=AB·AD=αsinθ·2αcosθ=α2·2sinθcosθ=α2sin2θ∵sin2θ≤1∴S矩形≤α2

当S最大=α2时,sin2θ=1即2θ=90°,θ=45°这时AO=DO=αcos45°=22α,AB=22α答:点A、D分别位于点O的左、右方22α处时S取得最大值α2变式:把一段半径为α的圆木锯成横截面为矩形的木料,怎样锯法才能使横截面的面积最大?

生:根据上题的结果可知这时圆内接矩形为内接正方形时面积最大。

以上是倍角公式在实际生活中的运用,请同学们观察以下例题,并分析、思考后能否得出证明。

例题分析

例1求证:

(1)sin2α2=1-cosα2;

(2)cos2α2=1+cosα2;

(3)tan2α2=1-cosα1+cosα。

思考,讨论。

我们知道公式cos2α=2cos2α-1=1-2sin2α中α是任意的,所以我们可以用α2来替换α,这样就得到cosα=2cos2α2-1

cosa=1-2sin2α2

即sin2α2=1-cosα2

cos2α2=1+cosα2

tan2α2=1-cosα1+cosα

上面三式左边都是平方形式,当cosα的值已知,α2角的终边所在象限已知时,就可以将右边开方,从而求得:sinα2=±1-cosα2cosα2=±1+cosα2

以上两式相除又得:

tanα2=±1-cosα1+cosα

这三个式子称之为半角公式,“±”号的取舍得由α2终边所在象限确定。

例2求证:

tanα2=sinα1+cosα=1-cosαsinα。

分析:从例1引出例2,tanα2=±1-cosα1+cosα,右边是同一个三角函数,并且还要附上正负号,而所要证明的式子右边有两个三角函数,不带正负号。故我们不能利用上法,得另想办法。

师:(边叙述边板书)

tanα2=sinα2cosα2=2sinα2cosα22cos2α2=sinα1+cosαtanα2=sinα2cosα2=

2sin2α22sinα2cosα2=1-cosαsinα∴tanα2=sinα1+cosα=1-cosαsinα上式不含根号也不必考虑“±”号选取,通常用于化简或证明三角恒等式,同样可作半角公式运用。

例3已知:cosα=12,求sin2α2,cos2α2,tan2α2。

解:sin2α2=1-cosα2=14

cos2α2=1+cosα2=34

tan2α2=13

说明:①例1中(1)、(2)两式使用频率极高,正、逆使用都非常普遍。习惯从左到右,常称“扩角降幂公式”,从右到左常谓“缩角升幂公式”,②半角公式是二倍角公式的另一种表达方式,倍半关系是相对的。

练习(投影)

1已知:sinα2-cosα2=-55(450°<α<540°),求:(1)sinα;(2)tanα2。

2若3π2<α<2π,求:12+1212+12cos2α的值。

3求:cos25π12+cos2π12+cos5π12cosπ12的值。

【参考答案】

解:1∵sinα2-cosα2=-55

两边平方得1-sinα=15∴sinα=45

又∵450°<α<540°∴cosα<0

∴cosα=-35∴tanα2=sinα1+cosα=2

2∵3π2<α<2π∴3π4<α2<π原式=12+121+cos2α2=12+12cosα=1+cos2α2=cosα2=-cosα2

(3)cos25π12+cos2π12+cos5π12cosπ12

=1+cos10π122+1+cos2π122+cosπ2-π12cosπ12

=1+12cos1012π+cos2π12+12·2sinπ12cosπ12

=1+12sinπ6

=1+12×12=54

另解:设P=cos25π12+cos2π12+cos5π12cosπ12①Q=sin25π12+sin2π12+sin5π12sinπ12②①+②得P+Q=2+cos5π12-π12=52③①-②得P-Q=cos10π12+cos2π12+cos5π12+π12=0④③+④得2P=52∴P=54

【总结提炼】

(1)本节课我们由倍角公式出发解决了实际应用问题,得出结论“在一个圆的所有内接矩形中,以内接正方形的面积为最大”,另外由倍角公式解答了例1、例2,从而推导出半角公式,公式“±”号的选取决定于α2终边所在的象限,例2的应用也很广泛,大家可根据题目的条件选择使用较为方便的形式。

(2)从半角公式可以看出,半角的正弦、余弦、正切公式都可以用单角的余弦来表示。

(3)若给出的α是象限角,则可根据下表决定符号。

α的终边一二三四

α2的终边

一或三一或三二或四二或四

若给出的α是区间角,则先求α2所在区间再确定符号。

若没有给出确定符号的条件,则应在根号前保留“±”号。

板书设计

二倍角的正弦、余弦、正切

1复述二倍角公式

sin2α=1.课本例

cos2α=2.例1练习

tan2α=3.例2总结提炼

2由cos2α=2cos2α-1=1-2sin2α,推出半角公式4.例3

【习题精选】

一、选择题

1已知θ是第三象限角,若sin4θ+cos4θ=59,那么sin2θ等于A.223B.-223C.23D.-23

2已知α是第三象限角,且sinα=-2425,则tanα2等于A.43

B.34

C.-43

D.-34

3已知tanx=2,则tan2x-π4等于A.43

B.-43

C.34

D.-34

4若sin2α=14,且α∈π4,π2,则cosα-sinα的值是A.32

B.34

C.-32

D.-34

5tanπ8-ctgπ8的值为

A.-2B.-1C.2D.0

6已知tanA+cosA=m,则sin2A等于A.1m2B.1m

C.2mD.2m

7tan67°30′-tan22°30′的值为A.1B.2C.2D.4

8如果cosθ=15,5π2<θ<3π,则θ2的值为A.-105

B.105

C.-155

D.155

9若3π2<α<2π,则12+1212+12cos2α等于A.cosα2

B.-sinα2

C.-cosα2

D.sinα2

10设a=tan15°+tan30°tan15°·tan30°,b=2cos210°-sin70°,c=16cos20°cos40°·cos60°·cos80°,则A.a=b=cB.a≠b≠c

C.a=b≠cD.a、b、c互不相等

11化简1+cos4θ+sin4θ1-cos4θ+sin4θ的值为A.tan2θ

B.ctg2θ

C.tanθ

D.ctgθ

二、填空题

12已知sinx=-1+52,则sin2x-π4=。

13已知方程x2-(tanθ+ctgθ)x+1=0的一个根是2+3,则sin2θ=。

14(tan10°-3)sin40°=

15若f(a)=12ctga-sina2·cosa21-2cos2a2,那么fπ12的值为。

三、解答题

16化简1+sin10°+1-sin10°。

17求值:cosαcos2π3+α

+cosαcos43π+α+2π3+αcos4π3+α。

18已知0<α<β<π2,sinα与sinβ是方程x2(2cos40°)x+cos240°-12=0的两个根。求cos(2α-β)的值。

19已知:tanα2·tanα-β2=-6。

(1)求证:5cosα-β2+7cosβ2=0。

(2)若tan=α2=2,求cos(α-β)的值。

【参考答案】

1A2C3C4C5A6D7C8C9C10A11B122-5131214-1152

16原式=sin25°+cos25°+2sin5°cos5°+sin25°+cos25°-2sin5°cos5°=sin5°+cos5°+|sin5°-cos5°|=sin5°+cos5°+cos5°-sin5°=2cos5°17cosαcos23π+α=cosαcos2π3cosα-sin2π3sinα=12cos2α-32sinαcosα=-12·1+cos2α2-32·sin2α2,=-14cos2α-34sin2α-14

同理cos43π+α=-14cos2α+34sin2α-14,又cos2π3+αcos4π3+α=cos2π3cosα-sin2π3sinαcos4π3cosα-sin4π3sinα=-12cosα-32sinα-12cosα+32sinα=14cos2α-34sin2α=14·1+cos2α2=34·1-cos2α2

=12cos2α-14,

于是原式=-14cos2α-34sin2α-14-14cos2α+34sin2α-14+12cos2α-14=-34。

18∵△=2cos240°-4cos240°+2=2sin240°,∴x=22cos40°±22sin40°。

∴x1=sin45°cos40°+cos45°sin40°=sin85°,x2=sin45°cos40°-cos45°sin40°=sin5°。

又由0°<α<β<90°知β=85°,α=5°,∴cos(2α-β)=cos(-75°)=cos75°=cos(45°+30°)

=6-24。

19(1)α-β2=α2+α-β2,β2=α2-α-β2,∴左边展开再化正切,即得。

(2)∵tanα2·tanα-β2=-6,tanα2=2,∴tanα-β2=-3。

∴cos(α-β)=1-tan2α-β21+tan2α-β2=-45。