第四章  三角函数

考纲要求 知识结构&梳理 复习详导 高考试题 目标训练 热身训练
    一、高考大纲
   
考试内容:
   
角的概念的推广、弧度制。
    任意角的三角函数,单位圆中的三角函数线,同角三角函数的基本关系式:`sin^2alpha+cos^2alpha=1`,`sinalpha/cosalpha=tanalpha`,`tanalpha·cotalpha=1`,正弦、余弦的诱导公式。
    两角和与差的正弦、余弦、正切,二倍角的正弦、余弦、正切。
    正弦函数、余弦函数的图像和性质。周期函数。函数`y=Asin(omegax+varphi)`的图像。正切函数的图像和性质。已知三角函数求角。
    正弦定理。余弦定理。斜三角形解法。

   
考试要求:
   
(1)理解任意角的概念、弧度的意义。能正确地进行弧度与角度的换算。
    (2)理解任意角的正弦、余弦、正切的定义。了解余切、正割、余割的定义,掌握同角三角函数的基本关系式。掌握正弦、余弦的诱导公式。了解周期函数与最小正周期的意义。
    (3)掌握两角和与两角差的正弦、余弦、正切公式。掌握二倍角的正弦、余弦、正切公式。
    (4)能正确运用三角公式,进行简单三角函数式的化简、求值和恒等式证明。
    (5)理解正弦函数、余弦函数、正切函数的图像和性质,会用“五点法”画正弦函数、余弦函数和函数`y=``Asin(omegax+varphi)`的简图,理解`A、omega、varphi`的物理意义。
    (6)会由已知三角函数值求角,并会用符号`arcsinx、arc cosx、arctanx`表示。
    (7)掌握正弦定理、余弦定理,并能初步运用它们解斜三角形。

   
二、高考要览
考试内容 能力层次 高考要求 考题年份分值
三角函数 掌握

任意角的正弦、余弦、正切的定义,用三角函数线表示正弦、余弦和正切;同角三角函数的基本关系式;正弦、余弦的诱导公式

2004 2005 2006 2007 2008
  全国Ⅲ.5      
  全国Ⅰ.5      
浙江.5        
重庆.5        
辽宁.5        
北京春.5        
安徽春.5        
湖北.4        
    湖北3.5    
    陕西6.5    
上海.5   上海6.4    
    北京15.12    
广东.12   广东15.14    
和差倍
公式
掌握

通过公式的推导,了解它们的内在联系,从而培养逻辑推理能力.

2004 2005 2006 2007 2008
全国Ⅲ3.12 全国Ⅲ3.5      
  全国Ⅱ.4 全国Ⅱ10.5    
  浙江.12 浙江6.5    
福建.5 福建.12 福建3.5    
    陕西13.4    
    江西14.4    
  重庆.4 重庆13.4    
    四川17.12    
上海.4        
    安徽17.12    
江苏.12 江苏.5      
  北京.4      
天津.12 天津.12      
湖南.12        
湖北.12        
北京春.4 北京春.5      
 

图象与
性质

 

掌握

会用三角函数线画正弦函数,正弦函数的图象,由诱导公式画余弦函数的图象;理解它们的性质;会用“五点法”

2004 2005 2006 2007 2008
  全国Ⅲ.5      
    全国Ⅱ2.5    
    安徽8.12    
    浙江15.12    
    福建.12    
北京.5 北京春.5      
天津.5        
`y=Asin(omegax+varphi)`的图象 理解

`A、omega、varphi`的物理意义

2004 2005 2006 2007 2008
  全国Ⅰ.5 全国Ⅰ5.5    
  全国Ⅱ.12      
  全国Ⅲ.5      
江苏.5   江苏4.5    
    四川5.5    
天津.5 天津.5 天津8.5    
  福建.5 福建9.5    
    安徽6.5    
  山东.5 山东17.12    
辽宁.5   辽宁17.12    
  江西.5      
北京.5 北京.5      
  上海.5      
广东.5 广东.5      
湖北.5        
掌握

用五点法”画函数`y=Asin(omegax+varphi)`的简图

三角最值 掌握

利用三角知识求最值

2004 2005 2006 2007 2008
全国Ⅰ.12 全国Ⅰ.5      
全国Ⅲ.4        
    辽宁11.5    
重庆.12 重庆.12 重庆17.13    
  江西.5      
广东.5        
应用 掌握

运用所学三角知识解决实际问题

2004 2005 2006 2007 2008
    全国Ⅰ17.12    
  全国Ⅱ.5 全国Ⅱ17.12    
  辽宁.12      
  湖北.5      
  湖南.5      

    三、命题趋势
   
 近几年本章考查呈现以下特点:
    1
题型和题量:选择题(或填空题)+解答题,保持一大一小(选择题较多,填空题主要是辽宁、北京、上海等地考查,且较少),分值16`~`17分,解答题多安排在第一道大题的位置.

 
  2知识点考查:集中于任意角的三角函数、同角基本关系式、诱导公式、和差倍半公式与图象和性质(含`y=``Asin(omegax+varphi)`型及单调性、奇偶性、周期性、三角变换等)考查.其中,和、差、倍、半公式,图象和性质是常考常新,不避讳难点、热点问题.试题中与导数、向量的结合已成为各地试题中共同创新模式,和圆锥曲线结合主要体现出曲线参数方程的应用.
    3
难度与创新:三角函数试题以基本题为主,难度未超过中等,大多是容易题,即便和向量、不等式(最值)等知识综合,难度也偏低,仅2005年辽宁卷填空题可称得上是中等难度题,主要体现在角的配凑、公式的选择、方程思想方法的运用上.2006年2005年湖北卷理7、9利用三角函数线知识求解,在近几年高考中尚不多见;后者与江西卷理T18等作为导数(三角函数的导数)的应用是不错的创新尝试!同时也开创了三角与导数结合的先例.上海卷、江西卷2005年均出现三角分段函数和方程结合的题型,也对三角考查进行了良好的探索,尤其值得关注的是2005年湖南年卷理T15、天津卷理T22,均为创新的先锋,前者是新定义新情景问题,后者则放在压轴题,和导数、数列综合.2006年三角试题基本上难度在中等以下.
   
四、复习建议
    本章知识虽不是高中数学重点内容,但在代数中很重要,是高中数学中课时量最大的一章,是高考必考的内容,试题大部分与三角函数的图象有关,三角函数的不等式,三角函数的最值、对称问题,周期问题都与三角函数的图象有关,学习本章首先要掌握三角函数图象,重点是`y=Asin(omegax+varphi)`图象(包括“五点法”作图)

    分析近几年高考试题,重点围绕对三角函数图象与性质的考查,近几年高考试题与特点如下:

    1、考小题重基础:有关三角函数的小题其考查重点在于基础知识,解析式、图象与图象变换、两域(定义域、值域以及最值)、四性(单调性、奇偶性、对称性、周期性)、反函数以及简单的三角变换(求值、化简及比较大小)
    2、考大题难度明显降低:有关三角函数的大题即解答题,通过公式变形、转换来考查思维能力的题目已没有了,而是考查基本知识、基本技能与方法.
    3、考应用题融入三角形中:既能考查解三角形的知识与方法,又能考查运用三角公式进行恒等变换的技能,备受命题者青睐.主要解法是充分利用三角形内角和定理、正(余)弦定理、面积公式等,并结合三角公式进行三角变换.
    4、考综合题体现三角的工具作用:由于近年高考题突出能力立意,加强对知识性和应用性的考查,故常常是在知识的交汇点出题,而三角知识是基础的基础,故考查与立体几何、解析几何等综合性问题时突出三角的工具作用.  
    三角函数作为历年高考中基础知识结构中不可或缺的重点内容之一.考查主要分成这样几大块:
    (1)三角函数的概念,同角三角函数的关系,诱导公式.
    (2)和、差、倍、半公式.

    (3)三角函数的图象与性质(含`y=Asin(omegax+varphi)`型的图象、周期性、单调性、奇偶性等.

    (4)三角函数性质的综合应用.

    针对考试特点,复习汇总应做到:
    1、准确定位,注重基础,学会通性通法,熟记公式

    三角函数复习应和高考中的定位一致,既然是基础题居多,则必须紧紧抓住基础知识,落实好诱导公式,和、差倍、半等基本公式.
    记忆三角函数的象限符号和切割化弦,辅助角公式(即`asintheta+bcostheta=root()(a^2+b^2)sin(theta+varphi)`)等最基本内容.

  注意正、余弦、正切的图象特征,抓住基本函数`y=sinx`,`y=cosx`,`y=tanx`等的特点(如单调区间、周期性、对称性等).
    注意公式的应用(化简、求值证明)中三角变换的基本方法和技巧,降次(升幂)的基本原理,和“1”的化简巧用.
    2、三角函数的图象与性质是重点训练内容
    三角函数的图象和性质涉及到众多的知识点、考点.如定义域、值域、最值,图象变换中周期、相位、振幅等的变化技巧,单调性、奇偶性及对称性等诸多性质无不和图象联系密切,“五点 法”中起始点的选择等均十分关键,在用图象变换时,提倡先平移后压缩或伸展,但如果先压缩后平移(这经常出现于试题中),一定要先将x的系数提出来,使变化(平移)的大小是自变量x发生了多大变化,而不是变量整体上变了多少.涉及到符合函数的单调性问题,也必须注意对自变量的系数有效处理.
    综上,学好三角函数应立足于基础,加强训练,熟记公式,加大题量训练,以题组与变式训练相结合,做到熟能生巧,综合运用,提高应试能力,同时,适当与其他知识(如平面向量、平面几何、解析几何、导数、数列、不等式、最值等)综合,做到以熟应变,以基础扎实的不变应对各种创新与变化.

    五、思想与方法综览
   
1、数形结合思想
    [案例1]关于`x`的方程`sinx+root()(3)cosx+a=0`在区间`[0,2pi]`上有且只有两不同的实根
    (1)求实数`a`的范围;

    (2)求这两个实根的和.

  分析:本题将方程转化为`sin(x+pi/3)=-a/2`的形式后,作出等号两边对应函数`t=sin(x+pi/3)`,`x∈[0,2pi]`及`y=-a/2`要的图象,观察图象交点个数问题.
    解:(1)如图,原方程为`sin(x+pi/3)=-a/2`

    方程在`[0,2pi]`上有两个相异实根的充要条件是

    `{(-1<-a/2<1),(-a/2!=root()(3)/2):}`

    即`-2<a<-root()(3)`或`-root()(3)<a<2`

    (2)当`-2<a<-root()(3)`时

    `root()(3)/2<-a/2<1`

    设方程的一根为`x_1=pi/6+b`

    则另一根为`x_2=pi/6-b`

    ∴`x_1+x_2=pi/3`

    当`-root()(3)<a<2`时,`-1<-a/2<root()(3)/2`

    设方程的一根为`x_1=(7pi)/6+b`,则另一根为`x_1=(7pi)/6-b`

    ∴`x_1+x_2=(7pi)/3`

    2、分类讨论思想
   [案例2]函数`y=sin^2x+acosx+5/8a-3/2(0≤x≤pi/2)`的最大值为1,求`a`的值.
    分析:求三角函数值域或研究与最值有关的题目,也应化成一个角的三角函数,还应注意函数定义域对函数值域的影响,对含有字母的题目,仍然要注重分类讨论.
    解:`y=sin^2x+acosx+5/8a-3/2`

    = `-cos^2x+acosx+5/8a-1/2`

    = `-(cosx-a/2)^2+(a^2)/4+5/8a-1/2`

    令`t=cosx`,则`y=-(t-a/2)^2+(a^2)/4+5/8a-1/2`

    由`0≤x≤pi/2知0≤t≤1`

    ①如果`0≤a/2≤1`,则`t=a/2`时,`y_(最大值)=(a^2)/4+5/8a-1/2`

    由题意`(a^2)/4+5/8a-1/2=1`,得`a=-4`,或`a=3/2`

    这两个值中只有`a=3/2`适合`0≤a/2≤1`

    ②如果`a/2<0`,则`t=0`时,`y_(最大值)=5/8a-1/2`

    由`5/8a-1/2=1`得`a=12/5`,但它不适合`a/2<0`

    ③如果`a/2>1`,则`t=1`时,`y_(最大值)=13/8a-3/2`

    由`13/8a-3/2=1`

   
∴`a=20/13`,但它不适合`a/2>1`
    综合上述,`a=3/2`

    3、换元的思想
    [案例3](2005·福建)设`a、b∈RR`,`a^2+2b^2=6`,则`a+b`的最小值是(   )

    A.`-2root()(2)`     B.`-5root()(3)/3`     C.`-3`     D.`-7/2`

    解:由`a^2+2b^2=6`,可设`a=root()(6)sinx`,`b=root()(3)cosx`,`x∈[0,2pi)`

    则`a+b=root()(6)sinx+root()(3)cosx=3sin(x+varphi)`,其中`tanvarphi=root()(2)/2`

    ∴`(a+b)_(min)=-3`

    4、方程的思想.
    [案例4]一个直角三角形的三个内角的正弦值成等比数列,其最小内角是(   )

    A.`arc cos(root()(5)/2)`     B.`arcsin((root()(5)-1)/2)`     C.`arc cos((1-root()(5))/2)` 
    D.`arcsin((1-root()(5))/2)`
    解:设三角形三内角由小大到为:`alpha,90°-alpha,90°`

    在`(0,pi/2]`内,`y=sinx`是增函数.

    ∴`sinalpha<sin(90°-alpha)<sin90°`

    根据题意,得

    `sin^2(90°-alpha)=sinalphasin(90°)`,即`sin^2alpha+sinalpah-1=0`

    解得`sinalpha=(root()(5)-1)/2`

   
∴`a=arcsin((root()(5)-1)/2)`
    答案:B.

    5、化归与转化思想
    [案例5]已知函数`f(x)=2sinx`,对任意的`x∈RR`都有`f(x_1)≤f(x)≤f(x_2)`,则`|x_1-x_2|`的最小值为(   )
    A.`pi/4`     B.`pi/2`     C.`pi`     D.`2pi`

    解答:弄清楚题目的含义,不等式`f(x_1)≤f(x)≤f(x_2)`是什么适宜.

    不难发现`f(x_1)、f(x_2)`分别为`f(x)`的最小值和最大值.

    ∵`f(x)=2sinx`的周期为`2pi`,

    ∴`|x_1-x_2|`的最小值`pi`.

    答案:C

    一、知识结构
         

    二、知识梳理
    (一)任意角的三角函数

    1、角的概念

    (1)角的定义:一条射线由原来的位置OA绕它的端点0,旋转到另一位置OB而形成的图形叫做角.

    (2)角的正、负及零角的规定:不作旋转时为零角;逆时针转得正角;顺时针转得负角.

    (3)与角`alpha`终边相同的角可表示为`alpha+k•360°`或`alpha+2kpi(k∈Z)`.

    2、弧度制

    (1)弧度的定义:等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做1弧度的角.

    (2)弧度与度的换算:360°=2`pi`弧度,180°=`pi`弧度,1弧度=`(180/pi)^°`,1°=`pi/180`弧度.

    (3)弧长公式:l=`|alpha|` r其中r为圆半径,`|alpha|`为弧所对圆心角的弧度数的绝对值.

    3、三角函数的定义

    (1)设角a终边上任意一点P的坐标为(x,y),P与原点0的距离|OP|=r(r>0),

    利用x,y,r三者中的两两比值得六种三角函数:

    sin `alpha =y/r`;cos`alpha =x/r`;tan `alpha =y/x`;

    cot`alpha =x/r`;sec`alpha =r/x`;csc `alpha =r/y`.

    由此定义可知,三角函数值是由角的终边位置确定的.

    (2)三角函数在各象限的符号

   
    (3)同角三角函数的关系
    ①平方关系:`sin^2alpha+cos^2alpha=1;sec^2alpha=tan^2alpha+1;csc^alpha=cot^2alpha+1`.

    ②倒数关系:`sin alpha•csc alpha=1;cos alpha•sec alpha=1;tan alpha•cot alpha=1`.

    ③商数关系:`tan alpha=(sin alpha)/(cos alpha);cot alpha=(cos alpha)/(sin alpha)`.

    (4)诱导公式.

    诱导公式可概括为:

  ①`alpha+2kpi(k∈Z)、-alpha、pi±alpha、2pi-alpha`的三角函数值等于`alpha`的同名函数值,前面加上一个把`alpha`看成锐角时原函数值的符号;
  ②`pi/2±alpha、(3pi)/2±alpha`的三角函数值等于`alpha`的相应余函数值,前面加上一个把`alpha`看成锐角时原函数值的符号.
    口诀:“奇变偶不变,符号看象限”或“奇余偶同、象限定号”.

    (5)三角函数线.

    三角函数可用单位圆中的有向线段表示,下图中:`MP`是正弦线,`OM`是余弦线,`AT`是正切线.

   

    (二)两角和与差的三角函数
    1、两角和与差公式

    `sin(α+-β)=sinα•cosβ+-cosα•sinβ`;

    `cos(α+-β)=cosα•cosβ-+sinα•sinβ`;

    `tan alpha+-beta=(tan alpha±tan beta)/(1-+tan alpha•tan beta)`.

    2、倍角公式

    `sin2α=2sinα•cosα`;

    `cos2α=cos^2α—sin^2α=2cos^2α-1=1-2sin^2α`;

    `tan 2alpha=(2tan alpha)/(1-tan^2 alpha)`

    3、半角公式

    `sin alpha=±sqrt((1-cos alpha)/2);cos alpha=±sqrt((1+cos alpha)/2)`;

    `tan alpha=±sqrt((1-cos alpha)/(1+cos alpha))=(1-cos alpha)/(sin alpha)`.

    4、万能公式

    `sin  alpha=(2text(tan) alpha/2)/(1+tan^2 alpha/2)`;

   
`cos  alpha=(1-tan^2 alpha/2)/(1+tan^2 alpha/2)`;
    `tan  alpha=(2text(tan) alpha/2)/(1-tan^2 alpha/2)`

    5、积化和差公式

    `sin alpha cos beta=1/2[sin(alpha+beta)+sin(alpha-beta)]`;

    `cos alpha sin beta=1/2[sin(alpha+beta)-sin(alpha-beta)]`;

    `cos alpha cos beta=1/2[cos(alpha+beta)+cos(alpha-beta)]`;

    `sin alpha sin beta=-1/2[cos(alpha+beta)-cos(alpha-beta)]`.

    6、和差化积公式

    `sin alpha+sin beta=2text(sin)(alpha+beta)/2 text(cos)(alpha-beta)/2`;

    `sin alpha-sin beta=2text(cos)(alpha+beta)/2 text(sin)(alpha-beta)/2`;

    `cos alpha+cos beta=2text(cos)(alpha+beta)/2 text(cos)(alpha-beta)/2`;

    `cos alpha-cos beta=2text(sin)(alpha+beta)/2 text(sin)(alpha-beta)/2`.

    (三)三角函数的图象与性质

    1、三角函数图象与性质.

      

 

三角函数

`y=sinx`

`y=cosx`

`y=tanx`

`y=cotx`

图象

 

定义域

R

R

`{x|x≠pi/2+k pi,k∈Z}`

`{x|x≠k pi,k∈Z}`

值域

`[-1,1]`

`[-1,1]`

R

R

最大值和最小值

当`x=pi/2+2k pi(k∈Z)`时,`y_(max)=1`;
当`x=-pi/2+2k pi(k∈Z)`时,`y_(min)=-1`.

当`x=2k pi(k∈Z)`时,`y_(max)=1`;
当`x=pi+2kpi(k∈Z)`时,`y_(min)=-1`.

周期性

最小正周期`T=2pi`

最小正周期`T=2pi`

最小正周期`T=pi`

最小正周期`T=pi`

奇偶性

奇函数

偶函数

奇函数

奇函数

 

 

单调性

 

 

 

`[-pi/2+2kpi,pi/2+2kpi]`
`(k∈Z)`为单调递增区间;

`[pi/2+2kpi,(3pi)/2+2kpi]`
`(k∈Z)`为单调递减区间

`[(2k-1)pi,2kpi](k∈Z)`为单调递增区间;

`[2kpi,(2k+1)pi](k∈Z)`为单调递减区间

`(-pi/2+kpi,pi/2+kpi)`
`(k∈Z)`为单调递增区间

`(kpi,pi+kpi)(k∈Z)`

为单调递减区间

    2、正弦函数图象的变换.
    函数`y=Asin(omegax+varphi)(A>0,omega>0)`,x∈R的图象可以看作是用下面的方法得到的:

  先把`y=sinx`图象上所有点向左(`varphi>O`)或向右(`varphi<0`)平行移动`|varphi|`个单位,再把所得各点的横坐标缩短(`omega>1`)或伸长(`0<omega<1`)到原来的`1/omega`倍(纵坐标不变),再把所得各点的纵坐标伸长`(A>1)`或缩短(`0<A<1`)到原来的`A`倍(横坐标不变).
  上式表示振动时,`A`叫做振幅;T=`(2pi)/omega`叫做周期;`f=1/T=omega/(2pi)`叫做频率;`omegax+varphi`做相位;`varphi`叫做初相.
    一般情况下,可以用“五点法”做出函数`y=Asin(omegax+varphi)(A>0,omega>0)`的简图.

    (四)解斜三角形

    1、正弦定理:在`△ABC`中,`a/sinA=b/sinB=c/sinC`

    2、余弦定理:在`△ABC`中,`a^2=b^2+c^2-2bc cosA`

    复习详导
    §4.1 任意角的三角函数 (1)

    §4.2 同角三角函数的基本关系式及诱导公式 (1)

    §4.3 两角和与差的三角函数 (1)  

    §4.4 二倍角的正弦、余弦、正切 (1)  

    §4.5 三角函数的图象和性质 (1)

    §4.6 三角函数的应用 (1)

    高考试题
    理科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    文科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    目标训练
    1、第一轮选填训练 (1) (2)

    2、第一轮基础训练 (1) (2)

    3、第一轮单元训练 (1) (2)

    热身训练
    1、选择题 (1) (2) (3)
    2、填空题 (1) (2) (3)
    3、解答题 (1) (2) (3)
    4、基础综合训练 (1) (2) (3)
    5、综合训练 (1) (2) (3)

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