三角化简求值的技巧例说

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  三角函数在高考中通常以中低档题型出现,难度不大,但由于三角公式的特殊性,解题中往往也涉及一些小的变换技巧,如果处理得当,往往可以事半功倍,快速而准确地得到正确结论.通常情况下,三角变换应从“角度、函数、常数、次数、结构”等几方面着手解决.
  一、三角变换,角为先锋
  三角函數作为一种特殊函数,其“角”的特殊性不容忽视,因此我们在三角函数恒等变换中,应该首先注意角的形式,从统一角的角度出发,往往能够达到事半功倍的效果.
  例1若0<α<π2,-π2<β<0,cos(π4 α)=13,cos(π4-β2)=33,则cos(α β2)=.
  解析:∵cos(π4 α)=13,0<α<π2,
  ∴sin(π4 α)=223,
  又∵cos(π4-β2)=33,-π2<β<0,
  ∴sin(π4-β2)=63,
  ∴cos(α β2)=cos[(π4 α)-(π4-β2)]
  =cos(π4 α)cos(π4-β2) sin(π4 α)sin(π4-β2)
  =13×33 223×63=539.
  点评:(1)解决三角函数求值问题的关键是把“所求角”用“已知角”表示.①当“已知角”有两个时,“所求角”一般表示为两个“已知角”的和或差的形式;②当“已知角”有一个时,此时应着眼于“所求角”与“已知角”的和或差的关系,然后应用诱导公式把“所求角”变成“已知角”.
  (2)常见的配角技巧:2α=(α β) (α-β),α=(α β)-β,β=α β2-α-β2,α=α β2 α-β2,α-β2=(α β2)-(α2 β)等.
  (3)常见互余和互补的角①常见互余的角:π3-α与π6 α;π3 α与π6-α;π4 α与π4-α等.②常见互补的角:π3 θ与2π3-θ;π4 θ与3π4-θ等.
  二、名称变换,乃是重点
  三角函数作为一类特殊的函数,其六种三角函数(当今教材要求重点掌握正弦函数、余弦函数、正切函数)之间有着密切的联系,因此,充分注意函数之间的关系,是三角函数变形的另一个重点.
  例2设α∈(0,π2),β∈(0,π2),且tanα=1 sinβcosβ,则角α,β之间的关系为β=.
  解析:由tanα=1 sinβcosβ
  =(sinβ2 cosβ2)2(cosβ2 sinβ2)·(cosβ2-sinβ2)
  =sinβ2 cosβ2cosβ2-sinβ2=1 tanβ21-tanβ2
  =tan(π4 β2),
  又α∈(0,π2),β∈(0,π2),
  ∴π4 β2∈(π4,π2),故α=π4 β2,即β=2α-π2.
  点评:(1)利用sin2α cos2α=1可以实现角α的正弦、余弦的互化,利用sinαcosα=tanα可以实现角α的弦切互化.
  (2)形如asinα bcosα和asin2α bsinαcosα ccos2α的式子分别称为关于sinα,cosα的一次齐次式和二次齐次式,对涉及它们的三角变换通常转化为正切(分子分母同除以cosα或cos2α)求解.如果分母为1,可考虑将1写成sin2α cos2α.
  (3)已知tanα=m的条件下,求解关于sinα,cosα的齐次式问题,必须注意以下几点:①一定是关于sinα,cosα的齐次式(或能化为齐次式)的三角函数式.②因为cosα≠0,所以可以用cosnα(n∈N*)除之,这样可以将被求式化为关于tanα的表示式,可整体代入tanα=m的值,从而完成被求式的求值运算.③注意1=sin2α cos2α的运用.
  三、常数化角,曲径通幽
  三角公式中有不少常数,如1、3、22等,在三角变换中,若能巧妙利用它们与三角函数式或函数值之间的关系进行转换,往往可以起到意想不到的效果.
  例3化简1-sin8的结果是.
  分析:注意到sin8可以用二倍角公式展开为2sin4cos4,且1可以写为sin24 cos24,此时不难解决问题.
  解:1-sin8=(sin4-cos4)2=|sin4-cos4|=cos4-sin4.故答案为:cos4-sin4.
  点评:常数的变换在辅助角公式中最常见,其他地方的常数变换相对更隐蔽,要细心观察表达式的特征,从中寻找蛛丝马迹.
  四、降幂化一,热点不断
  三角公式中,一次关系式较多,特别是同角关系式,以及化一公式等等,因此在观察函数关系式时,注意其次数的特征,将高次化为一次,也是解决问题的重要途径.
  例4(2017年高考浙江卷)已知函数f(x)=sin2x-cos2x-23sinxcosx(x∈R).
  (1)求f(2π3)的值.
  (2)求f(x)的最小正周期及单调递增区间.
  分析:(1)由函数概念f(2π3)=sin22π3-cos22π3-23sin2π3cos2π3,分别计算可得;(2)化简函数关系式得y=Asin(ωx φ),结合T=2πω可得周期,利用正弦函数的性质求函数的单调递增区间.
  解:(1)由sin2π3=32,cos2π3=-12,得f(2π3)=(32)2-(-12)2-23×32×(-12),
  故f(2π3)=2.
  (2)由cos2x=cos2x-sin2x及sin2x=2sinxcosx得
  f(x)=-cos2x-3sin2x=-2sin(2x π6),
  所以f(x)的最小正周期是π,   由正弦函数的性质得π2 2kπ≤2x π6≤3π2 2kπ,k∈Z,
  解得π6 kπ≤x≤4π3 kπ,k∈Z,
  所以f(x)的单调递增區间是[π6 kπ,4π3 kπ],k∈Z.
  点评:在进行三角函数化简、求值、恒等式证明时,常常采用切化弦、异名化同名、异角化同角、高次降低次的方法,达到由不统一转化到统一,消除差异的目的.总之,三角恒等变换说到底就是“四变”,即变角、变名、变式、变幂.通过对角的分拆,达到使角相同;通过转换函数,达到同名(最好使式中只含一个函数名);通过对式子变形,达到化简(尽可能整式化、低次化、有理化);通过幂的升降,达到幂的统一.
  五、和差倍分,注意结构
  三角变换中,函数表达式结构上的变换也要充分注意,结构式的差异往往隐藏着对条件和结论的联系.
  例5已知sinx2-2cosx2=0.
  (1)求tanx的值;
  (2)求cos2x2cos(π4 x)·sinx的值.
  分析:先化简表达式,利用商数关系得到tanx2,再利用倍角公式展开tanx,将tanx2代入到化简的式子中计算即可;第二问,利用第一问的结论,将所求表达式化简,利用倍角公式、两角和的余弦公式,化简表达式,再利用齐次式化成关于tanx的式子,将第一问的结论代入得到所求式子的值.
  解析:(1)∵sinx2-2cosx2=0,则cosx2≠0,
  ∴tanx2=2,
  ∴tanx=2tanx21-tan2x2=2×21-22=-43.
  (2)原式=cos2x-sin2x2(22cosx-22sinx)sinx
  =(cosx-sinx)(cosx sinx)(cosx-sinx)sinx
  =cosx sinxsinx=1 tanxtanx=14.
  点评:本题需要从多角度分析,一是角的倍分关系,二是函数的同角变换,最后再利用和差角、齐次式等思想方法,方能正确求解.
  六、公式变用,柳暗花明
  三角函数有众多的公式,我们不仅要会使用公式,还要会使用其变形的等价形式.如cosα=sin2α2sinα,tanα±tanβ=tan(α β)(1tanαtanβ)等.
  例6若(1 tanα)(1 tanβ)=2,则α β的值是.
  解:由已知条件,有(1 tanα)(1 tanβ)=tanα tanβ 1 tanαtanβ=2,
  ∴tanα tanβ=1-tanαtanβ.即1=tanα tanβ1-tanαtanβ=tan(α β),
  ∴α β=kπ π4(k∈Z).
  点评:三角公式是恒等式(当等式两边都有意义时),所以,我们不仅要记住公式的原型,还要会逆用公式,或者变形使用,这需要同学们对公式各部分的结构特征都要十分熟悉,才能对公式的变形使用驾轻就熟.
  总体来说,在三角函数的变换中,各种变换都是穿插进行的,许多时候需要多方位思考,不能拘泥于某一种思维方式,这样才有利于打开思维的空间,找到更加合适的解题方法.
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