《三角函数》中的易错题剖析

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  三角函数是高中数学的重要内容,也是历年高考考查的热点之一.由于三角函数的知识具有:(1)公式繁多;(2)性质独特(定义域、有界性、单调性、周期性等);(3)变化灵活;(4)渗透性强等特点,使解决三角函数问题较其他的代数问题更趋于隐蔽,解题的过程有更多陷阱,解题的思维更需慎密.因此,解题时稍有不慎,便往往会出现增解、漏解,甚至错解的现象.本文结合具体实例剖析解决三角函数问题时常见的错误情况,供同学们参考.
  易错点一:忽视三角函数的定义域而致错
  例1 判断函数f(x)=1 sinx-cosx1 sinx cosx的奇偶性.
  错解:∵f(x)=2sinx2(sinx2 cosx2)2cosx2(sinx2 cosx2)=tanx2,∴f(-x)=tan(-x2)=-tanx2=-f(x),
  ∴f(x)是奇函数.
  错因剖析:研究函数,首先考虑函数的“定义域”,即要使该函数有意义,则分母必须不为0,从而1 sinx cosx=1 2sin(x π4)≠0,即sin(x π4)≠-22,得:π4 x≠2kπ 54π且π4 x≠2kπ 74π(k∈Z),故x≠2kπ π且x≠2kπ 32π(k∈Z),而函数f(x)=tanx2的定义域却是{x|x≠2kπ π,k∈Z},显然这两个函数不是同一个函数.究其原因,当约去因式sinx2 cosx2时,使原函数不关于原点对称的定义域扩大为关于原点对称的定义域.因此,原函数应是非奇非偶函数.
  易错点二:忽视三角函数的有界性而致错
  例2 若cosαcosβ=12,求sinαsinβ的取值范围.
  错解:设sinαsinβ=t,则cosαcosβ sinαsinβ=t 12,即cos(α-β)=t 12,又因为cos(α-β)∈[-1,1],所以有-1≤t 12≤1,解得:-32≤t≤12,
  所以sinαsinβ的取值范围为[-32,12].
  错因剖析:若cosαcosβ sinαsinβ=t 12,则也有cosαcosβ-sinαsinβ=12-t,
  所以应该得到cos(α-β)=t 12,cos(α β)=12-t都成立.由cos(α-β)∈[-1,1],
  cos(α β)∈[-1,1],可以得到-12≤t≤12,即sinαsinβ的取值范围为[-12,12].
  易错点三:忽视三角函数的单调性而致错
  例3 已知α,β∈(0,π2),且cosα=55,cosβ=1010,求α β的值.
  错解:∵α,β∈(0,π2),且cosα=55,cosβ=1010,故sinα=255,sinβ=31010,
  又∵sin(α β)=sinαcosβ cosαsinβ=255×1010 55×31010=22.
  由α,β∈(0,π2)知α β∈(0,π),所以α β=π4或α β=3π4.
  错因剖析:由于正弦值为22的角在(0,π)上不唯一,才造成两解.正确的解法是取余弦,因为余弦函数在(0,π)上是单调递减的,这样才不会扩大解集.∵cos(α β)=cosαcosβ-sinαsinβ=55×1010-255×31010=-22.由α β∈(0,π),且余弦函数在(0,π)上是单调递减,所以α β=3π4.
  易错点四:忽视条件等式对三角函数的角或值的制约而致错
  例4 设θ是第二象限角,且cosθ2-sinθ2=13,求cosθ2 sinθ2的值.
  错解:∵θ是第二象限角,∴2kπ π2<θ<2kπ π(k∈Z)∴kπ π4<θ2  错因剖析1:有些同学认为θ是第二象限角,则θ2必为第一象限角,从而未讨论θ2在第三象限时的情况.又cosθ2-sinθ2=13>0,∴cosθ2>sinθ2,∴2kπ 54π<θ2<2kπ 32π(k∈Z),
  ∴cosθ2<0,sinθ2<0,将cosθ2-sinθ2=13平方得:1-2sinθ2cosθ2=19,
  ∴2sinθ2cosθ2=89,
  ∴(cosθ2 sinθ2)2=1 2sinθ2cosθ2=179,∴cosθ2 sinθ2=-173.
  错因剖析2:如果在前面误认为θ2只能为第一象限角,则就会得出cosθ2 sinθ2=173的错误,如果得2kπ π4<θ2<2kπ π2或2kπ 54π<θ2<2kπ 32π(k∈Z),而不从三角函数等式中推出隐含条件cosθ2<0,sinθ2<0,则会导致产生cosθ2 sinθ2=±173的错误.
  易错点五:忽视三角形中边角的关系而致错
  例5 在△ABC中,三内角A,B,C成等差数列,且sinC=513,求cosA的值.
  错解:由A,B,C成等差数列及三角形内角和定理知:2B=A C,A B C=π,
  ∴B=π3,A=23π-C,又∵sinC=513,
  ∴cosC=±1-sin2C=±1213,
  ∵cosA=cos(23π-C)=cos23πcosC sin23πsinC=-12cosC 32sinC,
  ∴当cosC=1213时,cosA=53-1226;
  当cosC=-1213时,cosA=53 1226.
  错因剖析:cosC能否正负都取呢?因为A,B,C是三角形中的三个内角,故A B C=π.因此,这三个角之间有着相互制约的关系,应对给出的固定的正弦值的角C的范围加以挖掘,从而决定cosC的正、负号的取舍.∵0  易错点六:忽视换元前后变量范围的区别而致错
  例6 求函数y=sinxcosx sinx-cosx(x∈R)的值域.
  错解:令sinx-cosx=t,则由(sinx-cosx)2=1-2sinxcosx=t2,得:sinxcosx=1-t22,所以y=1-t22 t=-12(t-1)2 1,因为t∈R,所以y∈(-∞,1].
  错因剖析:上述错解在于忽略了t的正确范围.因sinx-cosx=t=2sin(x-π4)∈[-2,2],
  所以当t=-2时,ymin=-2-12;当t=1时,ymax=1.
  故函数y=sinxcosx sinx-cosx的值域为[-2-12,1].
  易错点七:忽视由给定三角函数值缩小相关角的范围而致错
  例7 已知tan(α-β)=12,tanβ=-17,且α,β∈(0,π),求2α-β的值.
  错解:tan2(α-β)=2tan(α-β)1-tan2(α-β)=11-14=43,又2α-β=2(α-β) β,所以
  tan(2α-β)=tan2(α-β) tanβ1-tan2(α-β)tanβ=43-171 43×17=1.由α,β∈(0,π),得2α-β∈(-π,2π),
  所以2α-β=-34π或π4或5π4.
  错因剖析:这是同学们解答时常见的典型错误,实际上,由tanβ=-17>-33,可得β∈(56π,π),又由tanα=tan[(α-β) β]=13<33,可得α∈(0,π6),忽视了这个隐含条件,才会出现上面解答中2α-β的过大范围.只有通过题给条件,把角的范围缩小到尽可能小的范围,才能使角的功能突出,从而避免错误.由α∈(0,π6)且β∈(56π,π),得2α-β∈(-π,-π2),故2α-β=-34π.
  易错点八:忽视变形式子对变量范围的制约而致错
  例8 已知sin2x和sinx分别是sinθ和cosθ的等差中项与等比中项,求cos2x的值.
  错解:由题设得sin2x=sinθ cosθ2(1)sin2x=sinθcosθ(2),
  将(1)平方,得:sin22x=1 2sinθcosθ4
  =1 2sin2x4,
  ∴4sin22x=1 2sin2x4(1-cos22x)=1 (1-cos2x),
  即4cos22x-cos2x-2=0,解得cos2x=1 338或cos2x=1-338.
  错因剖析:从计算过程来看感觉推理合理,条理清晰,结论也正确,因为-1<1±338<1,容易让人误认为两个结论都正确.实际上在题设(1)和(2)中,都隐含了角θ和x的范围.
  ∵(1),(2)可写为sin2x=22sin(π4 θ)sin2x=12sin2θ,
  ∴sin2θ=2sin2x≥0,
  ∴2kπ≤2θ≤2kπ π(k∈Z),即kπ≤θ≤kπ π2(k∈Z),故kπ π4≤θ π4≤kπ 34π(k∈Z),由正弦函数的图象可得22≤|sin(θ π4)|≤1,即12≤|sin2x|≤22,∴22≤cos22x≤34,
  ∴22≤|cos2x|≤32,故cos2x=1-338不符合条件,即cos2x=1 338.
  易错点九:忽视题设条件而致错
  例9 已知锐角△ABC中,sin(A B)=35,sin(A-B)=15.
  (1)求证:tanA=2tanB;
  (2)设AB=3,求AB边上的高.
  错解:(1)略,(2)由(1)易得:cosAsinB=15,作AB边上的高CD,设CD=h,则有
  tanA=hAD,tanB=hBD,所以AC=1 h2,
  BC=4 h2,即cosA=11 h2,
  sinB=h4 h2,代入cosAsinB=15,得h4-20h2 4=0,解得:h2=10±46,即h=6±2.
  错因剖析:错解中未注意到题设条件中的锐角△ABC,实际上,当h=6-2时,tanA=h=6-2<1,则A<π4,又Bπ2,这与题设条件中的锐角△ABC矛盾,故舍去,即h=6 2.
  上面我们揭示了三角函数中常见可能出错的情况,在实际解题时,这些方法既可以单独运用,也可以结合在一起综合运用,只有这样,才能收到良好的效果.培养同学们挖掘隐含条件的能力,对加深理解知识,提高解题能力,培养思维有积极意义.
  (作者:丁称兴,江苏省溧水高级中学)
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