两角和与差的三角函数
[例1]
已知
,求
的范围。
解:设
=
,(A、B为待定的系数),则
=![]()
比较系数
∴
=![]()
从而可得:![]()
[例2]
设
,求
的解的终边相同的角的集合。
解:先写出A与B的交,再写出终边相同的角的集合。
设
,则
;所以![]()
∴
,即
,由于![]()
∴
;因此![]()
因此所有与
的角的终边相同的角的集合为![]()
[例3]
已知
的最值。
解:∵
∴-
,
∴![]()
∵
∴![]()
即![]()
∴ ![]()
y=![]()
当sina∈[
,1]时函数y递增,∴当sina=
时 ymin=
;
当sina∈(
,0)时,函数y递减,∴当sina=0时,ymin=![]()
∴ 故当
无最大值。
[例4]
求值![]()
解:
![]()
[例5]
已知
<β<α<
,cos(α-β)=
,sin(α+β)=-
,求sin2α的值_________.
解法一:∵
<β<α<
,∴0<α-β<
.π<α+β<
,
∴sin(α-β)=![]()
∴sin2α=sin[(α-β)+(α+β)]
=sin(α-β)cos(α+β)+cos(α-β)sin(α+β)
![]()
解法二:∵sin(α-β)=
,cos(α+β)=-
,
∴sin2α+sin2β=2sin(α+β)cos(α-β)=-![]()
sin2α-sin2β=2cos(α+β)sin(α-β)=-![]()
∴sin2α=![]()
[例6]
不查表求sin220°+cos280°+
cos20°cos80°的值.
解法一:sin220°+cos280°+
sin220°cos80°
=
(1-cos40°)+
(1+cos160°)+
sin20°cos80°
=1-
cos40°+
cos160°+
sin20°cos(60°+20°)
=1-
cos40°+
(cos120°cos40°-sin120°sin40°)
+
sin20°(cos60°cos20°-sin60°sin20°)
=1-
cos40°-
cos40°-
sin40°+
sin40°-
sin220°
=1-
cos40°-
(1-cos40°)=
![]()
解法二:设x=sin220°+cos280°+
sin20°cos80°
y=cos220°+sin280°-
cos20°sin80°,则
x+y=1+1-
sin60°=
,x-y=-cos40°+cos160°+
sin100°
=-2sin100°sin60°+
sin100°=0
∴x=y=
,即x=sin220°+cos280°+
sin20°cos80°=
.
[例7]
设关于x的函数y=2cos2x-2acosx-(2a+1)的最小值为f(a),试确定满足f(a)=
的a值,并对此时的a值求y的最大值.
解:由y=2(cosx-
)2-
及cosx∈[-1,1]得:
f(a)![]()
∵f(a)=
,∴1-4a=![]()
a=![]()
[2,+∞![]()
故-
-2a-1=
,解得:a=-1,此时,
y=2(cosx+
)2+
,当cosx=1时,即x=2kπ,k∈Z,ymax=5.
[例8]
求值:
.
解:原式的分子![]()
![]()
![]()
,
原式的分母=![]()
![]()
![]()
,
所以,原式=1.
[例9]
已知
,求
的值.
解1:令
,则原题等价于:
已知
,求
的值.
两式分别和差化积并相除得:
,所以
.
分别将已知两式平方并求和得:
,
所以,
.
解2:由
平方相加得:
.
上述两式平方相减得:
.
将上式前两项和差化积,得:
,
结合
,可解得:
.
所以,![]()
.
[例10]
已知函数
在区间
上单调递减,试求实数
的取值范围.
解:已知条件实际上给出了一个在区间
上恒成立的不等式.
任取![]()
,且
,则不等式
恒成立,
即![]()
恒成立.
化简得![]()
由
可知:
,
所以![]()
上式恒成立的条件为:
.
由于![]()
![]()
![]()
且当
时,
,所以
,
从而
,
有
,
故
的取值范围为
.
[例11]
![]()
![]()
解:∵ A+B+C=π,
![]()
![]()
![]()
![]()
[例12]
在
中,
分别是角
的对边,设
,求
的值
解:由条件,
,依据正弦定理,得
在![]()
∴![]()
![]()
∴![]()
∴
; 即![]()
三角函数的图象与性质
[例1] 试确定下列函数的定义域
⑴
;⑵![]()
解:⑴要使函数有意义,只须满足条件
解得:![]()
⑵要使函数有意义,只须满足条件
解得![]()
[例2]
求函数
的最小值
解:∵![]()
![]()
∴![]()
当![]()
[例3]
已知函数f(x)=2asin2x-2
asinxcosx+a+b-1,(a、b为常数,a<0),它的定义域为[0,
],值域为[-3,1],试求a、b的值。
解:f(x)=2asin2x-2
asinxcosx+a+b-1
=a(1-cos2x)-
asin2x+a+b-1
=-2asin![]()
∵0≤x≤
∴
≤2x+
≤
∴![]()
∵a<0 ∴a≤-2asin
-2a
∴3a+b-1≤-2asin
+2a+b-1≤b-1
∵值域为[-3,1] ∴
∴![]()
[例4]
已知函数
的图象在y轴上的截距为1,它在y轴右侧的第一个最大值点和最小值点分别为(
)和(
).
(1)求
的解析式;
(2)将y=f(x)图象上所有点的横坐标缩短到原来的
(纵坐标不变),然后再将所得图象向x轴正方向平移
个单位,得到函数y=g(x)的图象.写出函数y=g(x)的解析式并用列表作图的方法画出y=g(x)在长度为一个周期的闭区间上的图象.
解:(1)由已知,易得A=2.
,解得
.
把(0,1)代入解析式
,得
.又
,解得
.∴
为所求.
(2)压缩后的函数解析式为
再平移,
得![]()
![]()
[例5]
求函数
的最值,并写出使函数
取得最值的
的集合。
解:令
,
∴函数![]()
![]()
当且仅当
时,![]()
函数
取得最小值的
的集合![]()
又函数
是单调递增的
证明如下:![]()
![]()
∵
∴![]()
![]()
∴
,∴
是单调递增的
∴当
时,函数![]()
函数
取得最大值的
的集合![]()
[例6]
中,已知三内角A、B、C依次成等差数列,求
的取值范围。
解:由已知得![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
即
的取值范围为![]()
[例7]
已知
,问当
分别取何值时,
取最大值,并求出此最大值。
解:![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
此时,由
解得![]()
[例8]
在ΔABC中,求
的最小值.并指出取最小值时ΔABC的形状,并说明理由.
解:令![]()
![]()
![]()
![]()
∵在ΔABC中,
,∴![]()
又
.
∴![]()
![]()
![]()
当
时,y取得最小值
;
由
知A=C,由
知
,B=60°;
故A=B=C=60°,
即y取最小值
时,ΔABC的形状为等边三角形.
[例9]
已知函数f(x)=2cosxsin(x+
)-
sin2x+sinxcosx
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)求f(x)的最小值及取得最小值时相应的x的值;
(3)若当x∈[
,
]时,f(x)的反函数为f-1(x),求f--1(1)的值.
解:(1)f(x)=2cosxsin(x+
)-
sin2x+sinxcosx
=2cosx(sinxcos
+cosxsin
)-
sin2x+sinxcosx
=2sinxcosx+
cos2x=2sin(2x+
)
∴f(x)的最小正周期T=π
(2)当2x+
=2kπ-
,即x=kπ-
(k∈Z)时,f(x)取得最小值-2.
(3)令2sin(2x+
)=1,又x∈[
],
∴2x+
∈[
,
],∴2x+
=
,则
x=
,故f--1(1)=
.
[例10]
已知α、β为锐角,且x(α+β-
)>0,试证不等式f(x)=
x<2对一切非零实数都成立.
证明:若x>0,则α+β>
,
∵α、β为锐角,∴0<
-α<β<
;0<
-β<
,
∴0<sin(
-α)<sinβ.0<sin(
-β)<sinα,
∴0<cosα<sinβ,0<cosβ<sinα,
∴0<
<1,0<
<1,
∴f(x)在(0,+∞)上单调递减,∴f(x)<f(0)=2.
若x<0,α+β<
,
∵α、β为锐角,0<β<
-α<
,0<α<
-β<
,0<sinβ<sin(
-α),
∴sinβ<cosα,0<sinα<sin(
-β),∴sinα<cosβ,∴
>1,
>1,
∵f(x)在(-∞,0)上单调递增,∴f(x)<f(0)=2,∴结论成立.
[例11] 设z1=m+(2-m2)i,z2=cosθ+(λ+sinθ)i,其中m,λ,θ∈R,已知z1=2z2,求λ的取值范围.
解法一:∵z1=2z2,
∴m+(2-m2)i=2cosθ+(2λ+2sinθ)i,∴![]()
∴λ=1-2cos2θ-sinθ=2sin2θ-sinθ-1=2(sinθ-
)2-
.
当sinθ=
时λ取最小值-
,当sinθ=-1时,λ取最大值2.
解法二:∵z1=2z2 ∴![]()
∴
,
∴
=1.
∴m4-(3-4λ)m2+4λ2-8λ=0,设t=m2,则0≤t≤4,
令f(t)=t2-(3-4λ)t+4λ2-8λ,则
或f(0)·f(4)≤0
∴![]()
∴-
≤λ≤0或0≤λ≤2.
∴λ的取值范围是[-
,2].
[例12]
如右图,一滑雪运动员自h=50m高处A点滑至O点,由于运动员的技巧(不计阻力),在O点保持速率v0不为,并以倾角θ起跳,落至B点,令OB=L,试问,α=30°时,L的最大值为多少?当L取最大值时,θ为多大?
解:由已知条件列出从O点飞出后的运动方程:
|
由①②整理得:v0cosθ=![]()
∴v02+gLsinα=
g2t2+
≥
=gL
运动员从A点滑至O点,机械守恒有:mgh=
mv02,
∴v02=2gh,∴L≤
=200(m)
即Lmax=200(m),又
g2t2=
.
∴![]()
得cosθ=cosα,∴θ=α=30°∴L最大值为200米,当L最大时,起跳仰角为30°.
[例13] 如下图,某地一天从6时到14时的温度变化曲线近似满足函数:
y=Asin(ωx+φ)+b;(1)求这段时间的最大温差;(2)写出这段曲线的函数解析式.
![]()
解:(1)由图示,这段时间的最大温差是30-10=20(℃);
(2)图中从6时到14时的图象是函数y=Asin(ωx+φ)+b的半个周期的图象.
∴
=14-6,解得ω=
,由图示A=
(30-10)=10,b=
(30+10)=20,这时y=10sin(
x+φ)+20,将x=6,y=10代入上式可取φ=
π.综上所求的解析式为y=10sin(
x+
π)+20,x∈[6,14].
[例14]
已知函数
(
,且均为常数),
(1)求函数
的最小正周期;
(2)若
在区间
上单调递增,且恰好能够取到
的最小值2,试求
的值.
解:研究三角函数的性质(如周期、最值、单调性、奇偶性等)时,首先应该对所给的函数关系式进行化简,最好化为一个角(形如
)、一种三角函数的形式.
(1) ![]()
![]()
![]()
![]()
(其中
由下面的两式所确定:
)
所以,函数
的最小正周期为
.
(2) 由(1)可知:
的最小值为
,所以,
.
另外,由
在区间
上单调递增,可知:
在区间
上的最小值为
,所以,
=
.
解之得:![]()
[例15]
设
,试比较
=
与
=
的大小关系.
解:观察所给的两个函数,它们均是两个三角函数的复合函数,因此,我们不难想到:它们可能仍然具备三角函数的某些性质,如单调性、周期性、奇偶性等.
初步判断便可以确定:
、
都是周期函数,且最小正周期分别为
、
.所以,只需考虑
的情形.
另外,由于
为偶函数,
为奇函数,所以,很自然的可以联想到:能否把需考虑的
的范围继续缩小?
事实上,当
时,
>0,![]()
恒成立,此时,
>
.
下面,我们只需考虑
的情形.
如果我们把
看作是关于
的余弦函数,把
看作是关于
的正弦函数,那么这两个函数既不同名,自变量也不相同,为了能进行比较,我们可以作如下恒等变换,使之成为同名函数,以期利用三角函数的单调性.
![]()
至此为止,可以看出:由于
和
同属于余弦函数的一个单调区间,(即
,![]()
![]()
),所以,只需比较
与
的大小即可.
事实上,
(
)-
=
-
=![]()
![]()
所以,利用余弦函数在
上单调递减,可得:
<
.也即
<![]()
综上,
<
.
点评 本题好在充分地运用了正余弦函数的值域、周期性、奇偶性、单调性等性质,对于训练学生思维、加深对这些性质的理解、以及学习利用函数的性质去解决问题有很大的帮助.是一道很有训练价值的好题.