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三角函数下篇,自学微积分05天(图形与案例)

2024-03-25教育

本文解决问题:三角函数图像特性难记,三角函数常用值难背,诱导公式不熟,常用恒等式难背,公式的来源心慌,常用公式对应的题型不熟等等。为你实现过目不忘,做到真正的了然于心,一天之内掌握三角函数题型里除导数外的大部分题型,价值较高,值得收藏。

三角函数上篇讲来龙去脉

中篇强调定理的证明

下篇强调图形与案例

内容概览:

速记分享:

常用三角函数的值

「永久记住只需要3步」

思路:

1,记住sinπ/6的图像也就是sin30度的图像,斜边等于垂直边的2倍,如图:

2,额外再背诵2个带根号的值

3,将弧度与度数对应起来,并将度数顺序重新调整为30度,60度,45度,90度,0度这个顺序,然后发现sinα的值与cosα的值是一一对应的,那么cosα无需记忆。由于tanα=sinα/cosα,则tanα同样无需记忆,瞬间完成背诵

常用三角函数关系表达

一张图立刻记忆sinα,cosα,tanα,secα,cscα,cotα的关系

图形特性速记

函数图像上下分别的宽度,amplitude,翻译过来叫振幅,首字母缩写为A

函数图像上在某个范围里的重复,period,翻译过来叫周期,首字母缩写为P

函数在x轴上的水平位移, horizontal shift,左+右-,首字母缩写为HS

函数在y轴上的垂直位移,vertical shift,上+下-,首字母缩写为VS

综合起来

诱导公式速记

案例验证如下:

经典恒等式

恒等式最重要的三个,分别用三张图记忆

1,针对第一个

根据勾股定理,在单位圆中求OP边

2,针对第二个

通过定理的证明过程,从图像观察实现原理上的速记

3,针对第三个

通过以上第2个公式,推出这第3个公式,从原理上速记

特殊恒等式

通过一张图实现永久记忆

常规定理查表

综合练习:

弧度

例1:半径为10米的圆上,求以下中心角对应的弧长?

1,4π/5

2,110度

思路:

1,从定理表中,查出弧长公式

其中θ是弧度

2,将度数换成弧度

3,利用公式计算弧长

解法:

例2:在半径为8的圆中,一条弧的长度为10π,该弧对应的中心角的弧度和角度是多少?

思路:

1,从定理表中找出弧长公式

其中θ是弧度

2,根据弧长公式,和已知条件弧长与半径,反向求出θ角

解法:

例3,圆直径12,求圆心角80度的对应弧长?

思路:

1,从定理表中找出弧长公式

其中θ是弧度

2,半径是直径的一半,再将度数换成弧度,代入弧长公式求解

解法:

例4,直径1米的圆,滚动30厘米,转动多少角度?

思路:

1,从定理表中找出弧长公式

其中θ是弧度

2,根据直径求出半径,半径是直径的一半,根据弧长公式反推角度

解法:

例5,计算数值

思路:

1,常用三角函数数值,三角函数关系表达图,诱导公式图,进行计算

解法:

性质

例6,sin,cos,tan,根据其中一个值,求出另外2个值

思路:

1,明确任意角的三角函数定义方法,在坐标轴上取点,然后代入三角函数公式

解法:

例7,求出以下函数的周期

思路:

1,找出图形特性图,根据特性求解周期

2,根据图形特性,将题目中的函数变换为标准型,求得P值,即周期

解法:

例8,绘制图像

思路:

1,先将tan的图像使用5点作图法画出

2,在取各个值的倒数或者负数,画出目标值

3,从图像上判断周期与对称性

解法:

例9,用α与θ表示r

定理巩固:

例10:已知扇形周长是20,该面积最大值为多少?

思路,根据条件周长20,代入定理表中扇形周长公式,得出半径R与角度θ的等式关系。将扇形面积公式中的角度θ完全由半径R替换,形成的面积公式进行一下技术变换,看出最大值是25

定理查表:

例11:在坐标系中,已知角θ的终边过点P(-5,-1),求sinθ+cosθ的值?

思路,根据sin与cos的值只与P点的x,y值相关。可以用p点先求出x与y的值,再根据x,y的值求出r的值,最后求得sinθ+cosθ的值

定理查表:

例12:

思路:从定理表中,知道诱导公式,通过诱导公式化简上述值,根据平方和公式得出sin与cos分别的值,最后得到计算结果

定理查表:

例13:

思路:先根据诱导公式化简f(a),和cos(α+π/2),根据平方和公式求得sinα与cosα的值,再求出f(a)的值

定理查表:

例14:已知tanα=-5,α是第二象限角,求sinα+cosα的值?

思路:根据tanα=sinα/cosα=-5得出sinα与cosα的关系等式,代入未知数n求得组成sinα与cosα具体x,y,r的值,然后求出sinα+cosα的值

定理查表:

例15:若cos(-160 `)=a,则tan=20 `等于多少?

思路:tan20 `=sin20 `/cos20 `,求sin20`与cos20`的值,根据cos(-160`)=cos(20`-π),通过诱导公式进行变换求得cos20`的值,再通过平方和公式求得sin20`的值,然后代入tan20`

定理查表:

例16:

思路:这个题目我不喜欢,但是在某些特定的建模领域内也需要一定程度的换元变换,本质就是在宏观层面找到一定的设计规律,用更简单的变量做计算替换

定理查表:

例17:

思路:利用平方和公式,求得sinθcosθ的值,根据θ角度小于45度,因此sinθ-cosθ<0,求出sinθ-cosθ的值,再分别求出sinθ与cosθ的值,根据tanθ=sinθ/cosθ求tanθ

定理查表:

例18:

已知sinα+cosβ=1,cosα+sinβ=0,则sin(α+β)的值为多少?

思路:基于两角和差的正弦定理从sinα+cosβ=1,cosα+sinβ=0的关系中配出sinαcosβ与sinβcosα的值,进而求出sin(α+β)的值

定理查表:

例19:

思路:对于无法使用诱导公式的类型,可以采用赋值抽象角的方法,将目标α+β转换为另外两个角a与b的和或者差,再通过α与β的角度大小,判断出对应的a与b角在第几象限,求出角a与角b的正余弦,最后根据两角和差的余弦定理求得目标

定理查表:

例20:

思路:cosβ=cos【(α+β)-α】 根据两角和差余弦定理,可以得到cosβ

定理查表:

例21:将两个函数合成一个函数,推理过程参考三角函数中篇

思路:

  1. 硬算,利用两角和差正弦定理拆开条件1,结合平方和定理,将sinθ和cosθ值算出来
  2. 使用将两个函数合成一个函数(辅助角定理),根据拆开的条件1,整合成目标

定理查表:

例22:

思路:用两角和差正弦定理来拆开条件,重新按照sinx与cosx进行组合,配成一组sin(x+c)的函数

定理查表:

例23:

思路:将x轴与Q射线的夹角设为α,将x轴与P射线的夹角设为β,θ=α-β,通过诱导公式将问题简化,在通过2角和差公式的正弦与余弦定理拆开,进行计算得值

定理查表:

例24:

思路:将tan(α-2β)拆分成tan((α-β)-β),通过查表,用两角和的正切公式,计算得值。如果不能查表,通过两角和的正弦定理与余弦定理可以立即推出正切公式,再代入计算

定理查表:

例25:

思路:

通过诱导公式简化目标函数,再利用已知条件设出抽象角A与角B,利用A与B的组合达到简化后的目标函数的弧度,利用两角和差的余弦定理,求出值

定理查表:

例26:

思路:

将2α统一化简为α,将cos转化为sin,结合平方和定理,根据α的取值判定sinα的符号与取值范围,最终通过计算得值


定理查表:

例27:

思路:

Cos2α化简为cosα的表达式,通过已知条件sinα+cosα与平方和定理,推出sinα-cosα,根据α弧度的取值范围,得出cosα的值,再推出cos2α

定理查表:

例28:

思路:先考虑换元法,进行求解,解不出来就直接硬算

定理查表:

图形回顾:

sinα的图像

cosα的图像

tanα的图像

图像变换

例29,画出函数y=|tanx|cosx(-π/2<x<π/2)的大致图像

思路:先把函数化简,分段求出表达式,然后根据sinx的函数图像描点画图

例30,sinx=5n+1,在x∈[0,2π]上有解,求n的取值范围

思路:因为sinx在x∈[0,2π]之间正好是一个完整的周期,因此sinx大于等于-1或者sinx小于等于1,用fn+1替换sinx,建立不等式-1<=5n+1<=1,求出n的取值范围

例31,坐标轴上,y=2cosx (0<x<π)和y=3tanx相交A,B两点,求OAB的面积大小?

思路,两个函数图像相交,求出满足相交的x值,然后代入y=2cosx图像,求出AB两点,连线OAB,找出三角形的底边与三角形的高,求得面积值

例32,绘制y=tan(x-π/4)在一个周期内的图像

思路:绘制tanx的图像,然后在x轴上将图像向右平移π/4

例33,绘制sin(2x+2*π/3)的图像

思路:5点作图法

例34,

思路:

  1. 画出常规sinα的图像
  1. 根据图像可知,令3x+π/5=α时,α在0,π,2π等kπ(k属于整数)条件下,sinα的值可以取0,也就是零点,那么需要判断[0,π]之间有多少个kπ,则根据条件可以得
  1. 将x用k的未知数表现出来
  1. 因为x属于[0,π],因此可以列出不等式
  1. 因为k属于整数,因此k只能取值1,2,3
  2. 即该函数的零点为3个

例35,

思路:

  1. 不等式中有绝对值,首先就把绝对值去掉,让等式变得简单。

x属于2象限角,且角度在135度到180度之间,因此sinx>0,cosx<0,则tanx=sinx/cosx<0,

tanx+sinx=(1+cosx)sinx/cosx,因为1+cosx>0,而sinx/cosx<0,所以(1+cosx)sinx/cosx<0,

|tanx+sinx|= - (tanx+sinx),则原式化简为sinx-tanx-tanx-sinx-k= - 2tanx-k<=0即k>=-2tanx

  1. 只要求出-2tanx的最大值,就能求出k值。因为x的domain域为[3π/4,π],tanx函数图像为单调递增

-2tanx函数正好是反过来单调递减的函数,因此3π/4处的函数值有最大值,即-2tanx=2,求得k>=2

例36,

如何将函数y1=2sin5x变换成y2=2sin(5x+3)?

思路:

1,5x+3=5(x+3/5),左移+右移-

2,即将函数y1向左平移3/5,即可将y1变换成y2

例37,

将y=f(x)横坐标变为1/2,再向右平移π/3,得到解析式sin(x-π/4),求原f(x)

思路:

  1. 令原f(x)=sin(Ax+B),变换则依次为,sin(2Ax+B),

sin(2A(x-π/3)+B)=sin(2Ax-2Aπ/3+B)=sin(x-π/4)

  1. 得方程组2A=1,B-2Aπ/3=-π/4,解得A=1/2,B=π/12,则

原f(x)=sin(x/2+π/12)

例38,

思路:

例题39,

三角函数周期表

例40,找出定义域

思路:

1,画出sinα的图像,将目标负数翻转成正数,画出相交线

2,找出正数相交点与负数相交点的关系

3,求出2个正数相交点x1,x2

4,求出定义域

例41,找出定义域

思路:

1,画出cosα的图像

2,找到与y=-1/2相交的两点x1,x2

3,求出α的范围

4,求出x的取值范围

例42,找出定义域

思路:

1,画出tanx与cosx的图像

2,找出满足2个条件的定义域

3,找出定义域的交集

例43,找出值域

思路:

1,先根据x的定义域,求出2x+π/3的定义域,令α=2x+π/3,求出cosα的值域

2,再求出1-cosα/2的值域

例44,找出值域

思路:

1,两角和正弦公式拆开sin函数,再计算化简成一个新的sin函数

2,根据x的定义域,求出化简后sin函数的定义域

3,根据y的值域,判断定义域的中最小值的取值范围

4,计算得到w的值