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  • 三角函数中角的拆分与整合

    前言

    三角函数中角的拆分与整合,是个技术活;

    为何拆+整

    在求解三角函数问题时,常常需要对题目中给定的角进行拆分与整合,如果不做拆分和整合工作,也许能做出问题的答案,但是有些问题会非常麻烦,还有角的拆分和整合技巧,也能体现我们的数学素养的高低和思维的灵活性,尤其在充分恰当的利用已知条件上,体现的淋漓尽致;

    已知 (sin(alpha-cfrac{pi}{3})=cfrac{15}{17})(alphain(cfrac{pi}{2}, cfrac{5pi}{6})), 则 (sinalpha) 的值为 【(quad)

    $A.cfrac{8}{17}$ $B.cfrac{15 sqrt{3}+8}{34}$ $C.cfrac{15-8 sqrt{3}}{34}$ $D.cfrac{15+8 sqrt{3}}{34}$

    法1:不做拆分与整合工作的解法;

    (sin(alpha-cfrac{pi}{3})=cfrac{15}{17})打开整理,即(cfrac{1}{2}sinalpha-cfrac{sqrt{3}}{2}cosalpha=cfrac{15}{17})

    则联立平方关系,得到(left{egin{array}{l}{cfrac{1}{2}sinalpha-cfrac{sqrt{3}}{2}cosalpha=cfrac{15}{17}}\{sin^2alpha+cos^2alpha=1}end{array} ight.)

    接下来,转化为关于(sinalpha)的二次方程求解即可,思路很清晰,但是运算确实比较难;我算到一半就放弃了;

    法2: 采用拆分与整合工作的解法;

    因为 (alphain(cfrac{pi}{2}, cfrac{5pi}{6})),所以 (alpha-cfrac{pi}{3} in(cfrac{pi}{6}, cfrac{pi}{2})) 是锐角,(cos(alpha-cfrac{pi}{3})>0)

    (cos(alpha-cfrac{pi}{3})=sqrt{1-(cfrac{15}{17})^{2}}=cfrac{8}{17})

    所以 (sinalpha=sinleft[(alpha-cfrac{pi}{3})+cfrac{pi}{3} ight])将待求角拆分为已知角和特殊角之和,能有效的利用已知条件和已知数据,降低运算和思维的难度。(quad).

    (=sin(alpha-cfrac{pi}{3})coscfrac{pi}{3}+cos(alpha-cfrac{pi}{3})sin cfrac{pi}{3})

    (=cfrac{15}{17} imes cfrac{1}{2}+cfrac{8}{17} imescfrac{sqrt{3}}{2}=cfrac{15+8sqrt{3}}{34}), 故选 (D).

    反思总结:两相比较,你自然就能理解为什么要学习角的拆分和整合了;

    何时拆+整

    • 三角函数化简时需要用到拆分与整合;

    化简:(sqrt{2+2cos8}+2sqrt{1-sin8})

    分析:如果你能注意到(8=2 imes 4),则可能想到利用二倍角公式,想办法将被开方数凑成一个完全平方数的形式,

    原式(=sqrt{2}sqrt{1+cos8}+2sqrt{1-sin8})

    (=sqrt{2}sqrt{2cos^24}+2sqrt{sin^24+cos^24-2sin4cdot cos4})

    (=2|cos4|+2sqrt{(sin4-cos4)^2})

    (=2|cos4|+2|sin4-cos4|)

    (=-2cos4-2(sin4-cos4)=-2sin4)

    反思总结:(4radapprox 229^{circ}),终边在第三象限的后半段,此时(cos4>sin4)

    • 三角函数求值时需要用到拆分与整合;

    化简求值:(cfrac{sin47^{circ}-sin17^{circ}cos30^{circ}}{cos17^{circ}})

    分析:(cfrac{sin47^{circ}-sin17^{circ}cos30^{circ}}{cos17^{circ}})

    (=cfrac{sin(30^{circ}+17^{circ})-sin17^{circ}cos30^{circ}}{cos17^{circ}})

    (=cfrac{sin30^{circ}cos17^{circ}}{cos17^{circ}})

    (=sin30^{circ}=cfrac{1}{2})

    【2017枣庄模拟】设(alpha)为锐角,(cos(alpha+cfrac{pi}{6})=cfrac{4}{5}),求(sin(2alpha+cfrac{pi}{12}))的值;

    分析:注意到已知角为一个(alpha+cfrac{pi}{6}),未知角也是一个(2alpha+cfrac{pi}{12})

    故二者之间的联系可能是从余、补、半、倍、特的角度建立联系,

    故将已知角二倍得到(2(alpha+cfrac{pi}{6})=2alpha+cfrac{pi}{3}),发现还是和未知角不一样,故做差就发现,

    [2alpha+cfrac{pi}{12}=2(alpha+cfrac{pi}{6})-cfrac{pi}{4} ]

    (sin(2alpha+cfrac{pi}{12})=sin[2(alpha+cfrac{pi}{6})-cfrac{pi}{4}])

    (=sin[2(alpha+cfrac{pi}{6})]coscfrac{pi}{4}-cos[2(alpha+cfrac{pi}{6})]sincfrac{pi}{4})

    (=2sin(alpha+cfrac{pi}{6})cos(alpha+cfrac{pi}{6})coscfrac{pi}{4}-[2cos^2(alpha+cfrac{pi}{6})-1]sincfrac{pi}{4})

    (=cdots=cfrac{17sqrt{2}}{50}).

    备注说明:复杂一些的题目可能需要用到互余、互补、半角、倍角、特殊角中的某两个以上的角度才可以求解;

    • 三角函数证明时需要用到拆分与整合;

    配套习题待补充;

    常见情形

    • 常见的角的拆分:将非特殊角尽可能拆分为含有特殊角的部分;

    (47^{circ}=17^{circ}+30^{circ})(8^{circ}=15^{circ}-7^{circ})

    • 常见的互余+互补+倍角+半角, 力求掌握常见的配角技巧;

    初中我们需要掌握的互余关系:(cfrac{pi}{3}+cfrac{pi}{6}=cfrac{pi}{2})(cfrac{pi}{3}+cfrac{pi}{6}=cfrac{pi}{2})

    互补关系:(cfrac{pi}{3}+cfrac{2pi}{3}=pi)(cfrac{pi}{3}+cfrac{2pi}{3}=pi)

    以上这些都是静态的角之间的关系,而高中更多的考察的是动态的角之间的关系:

    ((cfrac{pi}{4}+ heta)+(cfrac{pi}{4}- heta)=cfrac{pi}{2})((cfrac{pi}{3}+ heta)+(cfrac{pi}{6}- heta)=cfrac{pi}{2})

    ((cfrac{pi}{4}+ heta)+(cfrac{3pi}{4}- heta)=pi)((cfrac{pi}{3}+ heta)+(cfrac{2pi}{3}- heta)=pi)

    (2xpmcfrac{pi}{2}=2(xpmcfrac{pi}{4}))(2alphapmcfrac{pi}{3}=2(alphapmcfrac{pi}{6}))

    ((75^{circ}+ heta)+(15^{circ}- heta)=90^{circ})((75^{circ}- heta)+(15^{circ}+ heta)=90^{circ})

    (2alpha=(alpha+eta)+(alpha-eta))(2eta=(alpha+eta)-(alpha-eta))

    (3alpha-eta=2(alpha-eta)+(alpha-eta))(3alpha+eta=2(alpha+eta)+(alpha-eta))

    (alpha=(alpha+eta)-eta)(eta=alpha-(alpha-eta))

    (alpha=cfrac{alpha+eta}{2}+cfrac{alpha-eta}{2})(eta=cfrac{alpha+eta}{2}-cfrac{alpha-eta}{2})

    (alpha=(alpha+eta)-eta)((cfrac{pi}{6}-alpha)+(cfrac{pi}{3}+alpha)=cfrac{pi}{2})((cfrac{pi}{4}-alpha)+(cfrac{pi}{4}+alpha)=cfrac{pi}{2})

    ((cfrac{pi}{3}-alpha)+(cfrac{2pi}{3}+alpha)=pi)((cfrac{pi}{4}-alpha)+(cfrac{3pi}{4}+alpha)=pi)

    ( heta+cfrac{pi}{6}=( heta-cfrac{pi}{6})+cfrac{pi}{3})( heta-cfrac{pi}{6}=( heta+cfrac{pi}{6})-cfrac{pi}{3})

    技巧引申

    其实在三角函数中,有关函数的拆分与整合,也是我们需要注意积累的;比如以下:

    (1+sin heta+cos heta=(1+cos heta)+sin heta=2cos^2cfrac{ heta}{2}+2sincfrac{ heta}{2}coscfrac{ heta}{2})

    (1+sin heta-cos heta=(1-cos heta)+sin heta=2sin^2cfrac{ heta}{2}+2sincfrac{ heta}{2}coscfrac{ heta}{2})

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