巧用单位圆妙解三角题

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  [摘 要]利用单位圆,结合相关的数学知识,化解三角函数相关问题,以达到很好地解决问题的目的.
  [关键词]单位圆;三角函数;高中数学
  [中图分类号] G633.6 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058(2018)14-0036-01
  在解决三角函数问题时,如果能够抓住题目的结构特征,充分挖掘隐含条件,寻找条件和结论与单位圆的关系,进行合理的构造,创设单位圆的解题意境,就能为三角函数问题的解决,开辟许多巧解妙证的路径.
  一、三角求值问题
  【例1】 求值:[sin40°-cos10°cos40°-cos80°]= .
  分析:本题中的角均为非特殊角,直接求值存在很大困难,而利用相应的三角函数关系式也比较难入手.而通过诱导公式的变换,并结合单位圆,利用直线的斜率问题来处理,则显得直观有效.
  解:[sin40°-cos10°cos40°-cos80°]=[sin40°-sin80°cos40°-cos80°],其几何意义是点A(cos80[°],sin80[°])与点B(cos40[°],sin40[°])所在直线AB的斜率,又点A、B在单位圆x2 y2=1上,如图1,取AB的中点C,可知∠COB=[12](80[°]-40[°])=20[°],可得∠ODB=30[°],则知直线AB的倾斜角α=180[°]-30[°]=150[°],故原式=tanα=tan150[°]=-[33].
  [點评]本题结合三角函数式的几何意义,并通过引入单位圆,数形结合,及利用单位圆上两点间所在直线的斜率,达到求解三角函数值的目的.
  二、大小比较问题
  【例2】 设a=sin33°,b=cos55°,c=tan35°,则a,b,c三者的大小关系为 .
  分析:题中这些角都不是特殊角,求出值再比较行不通,但如果我们注意到角35°和55°的关联:cos55°=sin35°,就容易利用单位圆上的三角函数线区分比较其各自函数值的大小.
  解:由于a=sin33°,b=cos55°=sin35°,c=tan35°.如图2所示作出三角函数线,数形结合可知,c>b>a.
  [点评]利用单位圆中的三角函数线,通过数形结合,直观形象地判断相关的大小问题,是解决三角函数值大小比较问题中的常见方法.
  三、长度确定问题
  【例3】 在平面直角坐标系中,已知两点A(cos130[°],sin50[°]),B(cos70[°],cos20[°]),则|AB|的值是 .
  分析:本题联想到点A、B是单位圆x2 y2=1上分别位于第二象限和第一象限的点,利用单位圆的知识加以分析即可求解.
  解:结合诱导公式可得A(cos130[°],sin130[°]),B(cos70[°],sin70[°]),则点A、B是单位圆x2 y2=1上分别位于第二象限和第一象限的点,且∠AOB=130[°]-70[°]=60[°],△AOB是边长为1的等边三角形,∴|AB|=1.
  [点评]巧妙引入单位圆,结合单位圆的性质,可以有效转化两点间的距离问题为三角形的边长问题.结合单位圆中相关图形的几何性质,可以有效转化,达到求解相应的长度问题的目的.要注意数形结合与单位圆的性质应用.
  四、不等式证明问题
  【例4】 设α∈(0,[π2]),试证明:sinα<α  分析:通过数形结合,利用单位圆上的三角函数线,并结合三角形内角平分线的性质来比较各函数值与角之间的大小,进而证明相应的三角不等式.
  证明:如图3,在平面直角坐标系中作单位圆,设角α以x轴正半轴为始边,终边与单位圆交于P点,∵S△OPA  [点评]利用与单位圆有关的有向线段,将任意角α的正弦、余弦、正切函数值分别用它们的几何形式表示出来,这就是三角函数线.利用三角函数线可以证明三角不等式,数形结合,形象直观,有利于沟通三角与代数知识之间的联系.
  综上,在解决三角函数问题及其他相关问题时,有时引入单位圆,利用单位圆本身直观、形象、准确、方便等特点,结合相关的数学知识,可以使得三角函数相关问题化难为易、化繁为简,使解题思路清晰、方法明确,达到很好地解决问题的目的.
  (责任编辑 黄春香)
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