解读高考中的三角恒等变换

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  三角恒等变换知识是历年高考所必考的内容之一,常常与向量、三角函数图象与性质以及解三角形结合在一起,主要考查三角恒等变换所涉及到的基本知识和基本技巧.现就涉及三角恒等变换的问题分类例析如下.
  一、求值问题
  三角函数的求值问题,包括的内容非常广泛,一般要求熟练掌握:两角和与差的三角函数公式,倍角公式等,并能掌握一些运算技巧,如角的拆分、组合以及公式的变形等.
  例1 (2010年全国卷1)已知为第三象限的角,cos 2α=-35,则tan(π4+2α)=.
  解:又∵α为第三象限的角2kπ+π≤α≤2kπ+3π2,∴4kπ+2π≤2α≤4kπ+3π(k∈Z),又cos 2α=-35,∴sin 2α=45,tan 2α=-43,∴tan(π4+2d)=1+tan 2α1-tan 2α=-17.
  点评:本题主要考查角的象限的判断及三角函数值符号的判断,同角三角函数关系,两角的正切公式.
  二、角的变换
  三角恒等变换中,常常涉及到角的拆分与组合等变换,其中常用的形式有:
  
  α=(α+β)-β,2α=(α+β)-(α-β)=(π4+α)-(π4-α),π4+α=π2-(π4-α),
  15°=45°-30°=60°-45°=30°2.
  
  例2 (2010年苏北四市三模)在三角形ABC中,已知2AB[TX→-*4]•AC[TX→-*4]=|AB[TX→-*4]|•|AC[TX→-*4]|,设∠CAB=α,
  (1)求角α的值;
  (2)若cos(β-α)=437,其中β∈(π3,5π6),求cos β的值.
  解:(1)解略α=π3.
  (2)由(1)知:sin α=32,且β-α∈(0,π2),所以sin(β-α)=17,
  故cos β=cos(β-α+α)=cos(β-α)cosα-sin(β-α)=sinα
  =437×12-17×32=3314. 
  点评:本题主要考查角的变换中的拆分问题以及两角差的余弦公式,具有一定的技巧性,平时应加强这方面的训练,以达到熟练的程度.
  三、与图象变换有关的问题
  三角恒等变换的考查有时融于三角函数的图象变换问题中,此时,涉及到的主要正弦和余弦的二倍角公式(降次)以及辅助角公式.
  例3 (2010年山东文)已知函数f(x)=sin(π-ωx)cosωx+cos2ωx(ω>0)的最小正周期为π.
  (1)求ω的值.
  (2)将函数y=f(x)的图像上各点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,得到函数y=g(x)的图像,求函数g(x)在区间[0,π16]上的最小值.
  解:(1)∵f(x)=sin(π-ωx)cosωx+cos2ωx,
  ∴f(x)=sinωxcosωx+1+cos2ωx2
  =12sin 2ωx+12cos 2ωx+12.
  =22sin(2ωx+π4)+12,
  ∵ω>0,依题意得2π2ω=π
  ∴ω=1.
  (2)由(1)知f(x)=22sin(2x+π4)+12,
  ∴g(x)=f(2x)=22sin(4x+π4)+12.
  当0≤x≤π6时,π4≤4x+π4≤π2,
  ∴22≤sin(4x+π4)≤1,
  ∴1≤g(x)≤1+22,
  故g(x)在区间[0,π16]内的最小值为1.
  点评:本题主要考查综合运用三角函数公式、三角函数的性质,进行运算、变形、转换和求解的能力.
  四、与周期有关的问题
  求三角函数的周期问题时,往往要通过三角恒等变换把最终转化为y=Asin(ωx+φ)+b或y=Acos(ωx+φ)+b的形式,再运用公式求解.
  例4 (2010年浙江卷)函数f(x)=sin(2x-π4)-22sin2 x的最小正周期是.
  解:f(x)=22sin(2x+π4)-2.最小正周期为T=2π2=π.
  点评:[JP3]本题主要考察了三角恒等变换及相关公式,关键是把函数化为y=Asin(ωx+φ)+b或y=Acos(ωx+φ)+b的形式.
  五、与向量的交汇问题
  在知识的交汇处命题,已经成为高考的一大趋势.三角恒等变换可以与向量等知识交汇考查,它不仅考查学生的三角知识,还考查考生的向量知识,更重要的是可以考查出三角恒等变换知识与向量知识的综合运用.
  例5 [JP3]设函数f(x)=[WTHX]a•(b+c),其中向量[WTHX]a=(sin x,-cos x),[WTHX]b=(sin x,-3cos x),
  [WTHX]c=(-cos x,sin x),求函数f(x)的最大值和最小正周期.
  解:f(x)=[WTHX]a•(b+c)
  =(sin x,-cos x)•(sin x-cos x,sin x-3cos x)
  =sin2 x-2sin xcos+3cos2 x
  =2+cos 2x-sin 2x
  =2+2sin(2x+3π4)
  所以,f(x)的最大值为2+2最小正周期是2π2=π
  点评:本题借助与向量的数量积运算考查了三角恒等变换中的正、余弦的二倍角公式以及辅助角公式,把函数化为y=Asin(ωx+φ)+b的形式,是求解三角函数图象与性质问题的基本策略.
  六、与解三角形有关的问题
  三角恒等变换常常与解三角形问题中的正、余弦定理结合起来考查,主要考查三角恒等变换的二倍角公式及其变换等.
  例6 (2010年江苏卷)在锐角三角形ABC,A、B、C的对边分别为a、b、c,ba+ab=6cos C,则tan Ctan A+tan Ctan B=.
  解:ba+ab=6cos C6abcos C=a2+b2,6ab•a2+b2-c22ab=a2+b2,a2+b2=3c22
  tan Ctan A+tan Ctan B=sin Ccos C•
  cos Bsin A+sin Bcos Asin Asin B=
  sin Ccos C•
  sin(A+B)sin Asin B=
  1cos C•sin2 Csin Asin B
  由正弦定理,得:上式=1cos C•c2ab=c216(a2+b2)=c216•3c22=4.
  点评:本题借助于正、余弦定理考查了三角恒等变换中的同角三角函数关系式,两角和的正弦公式.
  另外,三角恒等变换还常常与三角函数的最值、单调性等问题结合考查,但由于篇幅所限,本文不再说明.
  
  (作者:解玉贵,江苏省海头高级中学)
  
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