三角变形中基本公式的活用

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  在三角函数这一部分中,教材上给出的公式似乎不多,但要用好却不容易,除了要熟记公式之外,还必须对公式的特点进行深入分析,才能在解题中灵活运用.
  1.平方关系
  这个公式要从两个方向进行理解.
  从左到右,左边有变量[α],右边没有,我们说这个公式叫消去律.不仅如此,它还为我们沟通[sinα±cosα]和[sinαcosα]提供了方便.
  [∵(sinα+cosα)2=1+2sinαcosα],
  [(sinα-cosα)2=1-2sinαcosα],
  [∴sinαcosα=(sinα+cosα)2-12]
  [=1-(sinα-cosα)22.]
  还可以这样理解:
  [(sinα+cosα)2-2sinαcosα=1],
  [(sinα-cosα)2+2sinαcosα=1].
  反过来,[1=sin2α+cos2α],这可看作1的妙用之一:添加律. 即将“1”看成同角的正、余弦的平方和,在应用中不能拘泥于[α],可能有:[1=sin2β+cos2β][=sin22α+cos22α=sin2α2+cos2α2=]…
  2.倍角公式
  三个倍角公式中,余弦的倍角公式最重要,选取哪种形式,取决于已知函数的名称. 如果能将平方关系、倍角公式、和角公式综合起来应用,会有更多意想不到的变化.[sin2α=2sinαcosα],将右边看成分式,分母是1,再用添加律,将1改写为[sin2α+cos2α],有[sin2α=2sinαcosαsin2α+cos2α],右边是一个“齐次式”,可以上下同除以[cos2α]:[sin2α=2sinαcosαcos2αsin2αcos2α+cos2αcos2α][=2tanαtan2α+1.]
  用同样的方法可得到:
  [cos2α=cos2α-sin2αcos2α+sin2α][=1-tan2α1+tan2α.]
  公式学活了,可以随心所欲地变形:
  [1+sin2α=1+2sinαcosα]
  [=sin2α+2sinαcosα+cos2α][=(sinα+cosα)2],
  [1-sin2α=(sinα-cosα)2]等.
  例 求证:[1+sin2θ-cos2θ1+sin2θ+cos2θ][=tanθ].
  证明 方法一(化弦为切):
  左边[=1+2tanθ1+tan2θ-1-tan2θ1+tanθ1+2tanθ1+tan2θ+1-tan2θ1+tan2θ]
  [=1+tan2θ+2tanθ-1+tan2θ1+tan2θ+2tanθ+1-tan2θ]
  [=2(1+tanθ)tanθ2(1+tanθ)=tanθ=右边.]
  [∴]原式成立.
  方法二(切化弦):
  结论[⇔1+sin2θ-cos2θsinθ=1+sin2θ+cos2θcosθ]
  [⇔1-cos2θ+sin2θsinθ][=1+cos2θ+sin2θcosθ]
  [⇔2sin2θ+2sinθcosθsinθ][=2cos2θ+2sinθcosθcosθ]
  [⇔2sinθ+2cosθ=2cosθ+2sinθ].
  显然成立,因此原式成立.
  方法三(倍角化单角):
  左边[=1+2sinθcosθ-cos2θ+sin2θ1+2sinθcosθ+cos2θ-sin2θ]
  [=(sinθ+cosθ)2+(sinθ-cosθ)(sinθ+cosθ)(sinθ+cosθ)2+(cosθ-sinθ)(cosθ+sinθ)]
  [=sinθ+cosθ+sinθ-cosθsinθ+cosθ+cosθ-sinθ]
  [=2sinθ2cosθ][=tanθ]=右边.
  ∴原式成立.
  方法四(降幂):
  左边[=sin2θ2+1-cos2θ2sin2θ2+1+cos2θ2]
  [=sinθcosθ+sin2θsinθcosθ+cos2θ][=sinθ(sinθ+cosθ)cosθ(sinθ+cosθ)]
  [=tanθ]=右边.
  ∴原式成立.
  方法五(比例性质):
  由[sin22θ=1-cos22θ]得,
  [1-cos2θsin2θ=sin2θ1+cos2θ=tanθ],
  由等比定理得,
  [1-cos2θ+sin2θsin2θ+1+cos2θ=tanθ],
  即[1+sin2θ-cos2θ1+sin2θ+cos2θ=tanθ].
  方法六(1的妙用):
  将1代换为[sin22θ+cos22θ],对分母,
  [1+sin2θ+cos2θ]
  [=(sin22θ+cos22θ)+(sin2θ+cos2θ)]
  [=(sin22θ+sin2θ)+(cos22θ+cos2θ)]
  [=sin2θ(sin2θ+1)+cos2θ(cos2θ+1)]
  [=sin2θ(sinθ+cosθ)2+(cosθ-sinθ)× (cosθ+sinθ)×2cos2θ]
  [=2cosθ(sinθ+cosθ)[sinθ(sinθ+cosθ) +cosθ(cosθ-sinθ)]]
  [=2cosθ(sinθ+cosθ)].
  同理,对分子,
  [1+sin2θ-cos2θ=2sinθ(sinθ+cosθ)]
  ∴左边[=tanθ=]右边,原式成立.
  方法七(引入辅助角):
  左边= [1+2sin(2θ-π4)1+2sin(2θ+π4)]
  [=2[sinπ4+sin(2θ-π4)]2[sinπ4-sin(2θ+π4)]][=2sinθcos(π4-θ)2sin(π4+θ)cosθ]
  [=sinθcosθ](这里用到了和差化积公式)[=tanθ]
  [=]右边.
  ∴原式成立.
  方法八(方程思想的应用):
  设 [sinθ+cosθ=x,sinθ-cosθ=y],
  则[x+yx-y=2sinθ2cosθ=tanθ].
  左边[=(sinθ+cosθ)2-(cosθ+sinθ)(cosθ-sinθ)(sinθ+cosθ)2+(cosθ+sinθ)(cosθ-sinθ)]
  [=x2+xyx2-xy=x+yx-y=tanθ][=]右边.
  ∴原式成立.
  这里实际有一种简化记号的想法.
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