巧构等比等差数列速解三角求值问题

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  摘 要已知某种三角函数值,求其他三角函数值是高中数学学习过程中的一个难题,很多学生面对这类问题的时候,往往感觉无从下手。数列问题涉及的内容比较广泛,很多问题设置的比较巧妙,主要考察学生综合运用能力和创新思维能力,近年来成为高考的热点考题。一些三角求值问题,可以通过有关知识巧妙的构造等比差数列,利用数列知识解答三角函数值。本文结合实际案例,通过构成等比等差数列达到解答三角求值问题,希望能给大家解答题目提供一些参考,提高解答题目的速度和效率。
  【关键词】等比差数列;三角函数;函数值
  三角函数是高中阶段学习的重点,也是难点,由于该类型的题目变化大,有时候已经条件比较少,所以增加了问题的难度。将一些看似与数列没有关系的三角函数问题,将已知条件转化为ab=c2或者a+b=2A的形式,那么就可以通过构造等比或者等差数列改变题目结构,将三角函数转化为数列,这样就能简化题型,从而快速解答三角函数问题。本文以实际例子分析等比等差數列如何解决三角函数求值问题,希望对大家解答三角求值问题提供一些帮助。
  1 巧构等比数列
  如果一个数列从第二项起,每一项与它前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫做等差数列,这个等差数列的常数就是等差数列的公差,一般用字母d表示。
  例题1:在△ABC中,lgtanA+tanC= 2lgtanB,求证≤B≤
  解题思路:题目中的已知条件比较少,如果通过三角函数现有的条件去证明≤B≤,要利用等比数列解答这类问题显然是有一定的难度,所以只能利用等比等差数列。通过上述的条件,可以得出tanA、tanB、tanC为正数,所以A、∠B、∠C都是锐角,那么tanA、tanB、tanC则成等比数列,设三者的公差比为q,那么tanA=,tanC=qtanB(其中q>0)
  从上面的条件可以得出,tanA+tanC=(+q)tanB,又因为tanA+tanC=tan(A+C)(1-tanAtanC)=-tanB(1-tan2B),-tanB(1-tan2B)=(+q)tanB。所以,将数值带入公式中,得到tan2B=+q+1=(-)2+3≥3,所以tanB≥,想要公式成立,那么只有q=1,因此,tanB在(0,)范围内是增函数,在△ABC中,lgtanA+tanC=2lgtanB前提下,≤B≤成立。
  例题2:sinɑcosɑ=,而且<ɑ<,求sinɑ和cosɑ的值?
  解题思路:已知sinɑcosɑ==()2,那么可以得到cosɑ,,sinɑ构成等比数列,设三者的公比是q,那么cosɑ=,sinɑ=。根据<ɑ<,所以得到sinɑ>cosɑ>0,q>1。根据函数公式sin2ɑ+cos2ɑ=1,那么可以得到+=1,所以得出60q4-169q2+60=0,那么可以得出q=或者q=(答案不符合题目要求,所以舍去),根据上面公式可以得到sinɑ=,cosɑ。
  例题3:在锐角△ABC中,∠A<∠B<∠C,那么lgtanA+lgtanC=21lgtanB,且tan(A+C)=-2,那么求tan(A-C)的值?
  解题思路:从题目中的已知条件lgtanA+lgtanC=21lgtanB,可以得出tanAtanC=tan2B,所以tanA、tanB、tanC构成等差数列,设三者的公比差是q,那么则可以得出tanA=,那么tanC=qtanB。又因为∠A<∠B<∠C<90°,所以01,又因为tanB=tan[π-(A+C)]=-tan(A+C)=2,所以得出
  。根据上述推论,整理得到q2-3q+1=0,那么可以得到q=或者(由于该答案不符合题目要求,因此舍去答案)那么可以得到
  。
  在解答此类题目的时候,由于三角函数的正弦函数和余弦函数是一对互余函数,有很多对称问题,比如sin2ɑ+cos2ɑ=1,在三角函数中,a/sinA=b/sin B=c/sin C=2R(其中,R为△ABC的外接圆的半径)以及sin(π/2-α) = cosαcos(π/2-α) =sinα等一些推导公式,所以在解决三角求值得时候,可以构造对偶式对公式进行配对。同时,这也要求大家要对这些公式非常熟悉,在解答题目的时候可以根据实际情况进行配对。
  2 巧构等差数列
  例题4:tanɑ+cotɑ=ɑ,那么ɑ∈(,),求cos2ɑ和sin(2ɑ+)的值。
  解题思路:根据题目中的已知条件tanɑ+cotɑ=ɑ,那么可以得出tanɑ,,cotɑ是等差数列,设d为三者的公差,那么得到tanɑ=-d,cotɑ=+d,将其带入公式中可以得到tanɑcotɑ=1,那么可以得出d=±。又因为ɑ∈(,)所以cotɑ<1,所以得出d=-,tanɑ=2,cos2ɑ=-,sin2ɑ=,sin(2ɑ+)=sin2ɑcosɑ+cos2ɑsin=。
  例题5 :某三角形△ABC中内角A、B、C对应的边分别是a、b、c,已知c=2,C=,如果sinB=2sinA,求△ABC的面积。
  解题思路:根据题目中的已知条件,C=,得出A+B=,所以A、、B是等差数列,设公差为θ,那么A=—θ,B=+θ。由sinB=2sinA,也就是sin(+θ)=2sin(-θ),将公式化简得到sinθ=cosθ,由此推算出tanθ=,θ=。根据A、B、C是△ABC的内角,所以得到A=,B=由此可以知道△ABC是一个直角三角形,根据C=2,得出a=,所以△ABC的面积S=ac=。
  从上述的例子可以看出,在解答三角函数值问题的时候,必须选择合适的构造机会,并且学生自己能够熟练的运用sin2ɑ+cos2ɑ=1, cos(π/2-α)= sinα,
  1+tan2ɑ=sec2ɑ等公式,这样才能在合适的机会将公式引入到解题中,提高解答问题的速度。
  3 结束语
  三角函数是基本初等函数之一,是高中数学的重点考察内容,三角函数在测绘、航海航空、工程建筑等领域应用十分广泛,它包括正弦函数、余弦函数、正切函数、余切函数等等,函数涉及的公式和理论比较多,所以给学生的学习增加了很大的难度。内容考察的比较灵活,所以对学生的综合素质要求比较高。因此,在解答此类的题目的时候,可以通过构建等差数列,快速求得三角函数值。
  参考文献
  [1]肖秋莲.构造直角三角形巧解一类三角求值问题[J].中学数学,2012(05):96-97.
  [2]谢爱金.由一道课本习题谈构造法求数列通项[J].数学教学通讯,2016(06):53-54.
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  作者单位
  湖南省长沙市麓山滨江实验学校 湖南省长沙市 410000
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