高中数学模型解题法之三角函数

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  [摘 要] 三角函数公式繁多,学生面对众多公式,该怎样从中选择合适的公式来化简解析式呢?对需要化简成一角一函数的三角函数解析式,化简模型是:有轴线角时用诱导公式;有特殊角时用两角和差公式;有平方时用降幂(余弦倍角逆运用)公式;有同角正余弦乘积时逆用正弦二倍角公式,最后用辅助角公式收官.
  [关键词] 三角函数 一角一函数 解题模型
  [中图分类号] G633.6 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058(2016)17 0051
  三角函数是高中数学中基本的初等函数之一,该部分内容历来是高考的重点、热点之一.因其难度相对较低,普遍属于基础题、中档题,利用公式化简三角函数解析式并求其性质,是大多数学生的争分点.
  对于求三角函数的性质,如周期性、最值、值域、单调区间、对称性、奇偶性等,若函数解析式已经是一角一函数y=Asin(ωx φ) b形式,学生可以直接求解;
  若函数解析式不是y=Asin(ωx φ) b形式,就必须先利用公式将函数解析式化简成该形式,才能求其性质.众所周知,三角函数是整个中学数学课程内容中公式最为繁多的知识.面对众多的三角函数公式,该怎样从中选择合适的公式来化简解析式呢?许多学生觉得无从下手.虽然也有很多学生能化简出来,但他们也有一种思绪凌乱,难以把握规律的感觉.本文针对一角一函数的化简,给学生总结、归纳一个规律方法和解题技巧.
  对复杂的三角函数解析式的化简,我们所用的解题简模型为:
  在化简过程中,每个步骤都有明显的标志,但每次做题并不是五个步骤都要用上,有时只用到其中的一个或几个.具体的做法如下.
  第一步,有轴线角(或相关的角)用诱导公式
  判断表达式有没有轴线角或者与轴线角有关的角,如 π 2 α, 3π 2 ±α
  ,kπ±α,2kπ±α,(k∈ Z ),若有,就可以马上用诱导公式;若没有,可以进行第二步.
  第二步,有特殊角用两角和差公式
  判断有没有两角和或差,如sin(x π 3 ),cos(x- π 4 )等,它们通常会含有 π 3 , π 4 , π 6 等特殊角.若有特殊角,即可直接用两角和差公式展开;若没有特殊角,则进行第三步.
  第三步,有平方则用降幂公式
  判断解析式有没有sin2x或cos2x,若有,就分别用sin2=
  1-cos2x 2 ,cos2x= 1 cos2x 2
  进行降幂;若没有,则进行第四步.
  第四步,含同角正余弦乘积逆用正弦二倍角公式
  判断解析式是否含有sinx·cosx,若有,就用2sinx·cosx=sin2x代入;若没有,则可以进行最后一步.
  第五步,用辅助角公式收官
  经过上面四个步骤的变化,解析式会带有asinx bcosx的形式,最后用辅助角公式asinx bcosx= a2 b2 sin(x φ)
  ,就能达到最终的目的.
  下面,我们来看经典例题:
  【例1】 把以下各式化简成y=Asin(ωx φ) b的形式.
  (1)f(x)=sin( π 3 -2x) sin2x;
  (2)f(x)=2sin(π-x)cosx;
  (3)f(x)=2sinxcosx 2 3 sin2x;
  (4)f(x)=(sinωx cosωx)2 2cos2ωx;
  (5)f(x)=2sinxcos( π 2 -x)- 3 sin(π x)cosx sin( π 2 x)cosx.
  解析: (1)此题没有轴线角,不用第一步诱导公式;没有sin2x,cos2x,不用第三步降幂公式;没有sinx·cosx,不用第四步.
  f(x)=sin( π 3 -2x) sin2x(有 π 3 -2x,用第二步两角和差公式)
  = 3 2 cos2x- 1 2
  sin2x sin2x
  = 3 2
  cos2x 1 2 sin2x(用第五步辅助角公式)
  =sin(2x π 3 ).
  (2)此题不用第二步两角和差公式;没有sin2x,cos2x,不用第三步降幂公式.
  f(x)=2sin(π-x)cosx(用第一步诱导公式)
  =2sinxcosx(用第四步逆用正弦二倍角公式)
  =sin2x.(不用第五步辅助角公式)
  (3)此题没有轴线角,不用第一步诱导公式,不用第二步两角和差公式.
  f(x)=2sinxcosx 2 3 sin2x(用第三步降幂公式和第四步逆用正弦二倍角公式)
  =sin2x 2 3 · 1-cos2x 2
  =sin2x 3 cos2x 3 (用第五步辅助角公式)
  =2sin(2x π 3 ) 3 .
  (4)此题没有轴线角,不用第一步诱导公式,不用第二步两角和差公式.
  f(x)=(sinωx cosωx)2 2cos2ωx(用第三步降幂公式)
  =sin2ωx cos2ωx 2sinωxcosωx 2· 1 cos2ωx 2
  (逆用正弦二倍角公式)
  =sin2ωx cos2ωx 2
  = 2 sin(2ωx π 4 ) 2.(用第五步辅助角公式)
  (5)不用第二步两角和差公式.
  f(x)=2sinxcos( π 2 -x)- 3 sin(π x)cosx sin( π 2 x)cosx(用第一步诱导公式)
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