高中数学简单的三角恒等变换教案新人教版必修4

1、3.2 简单的三角恒等变换整体设计一、教学分析本节主要包括利用已有的十一个公式进行简单的恒等变换,以及三角恒等变换在数学中白应用.本节的内容都是用例题来展现的,通过例题的解答,引导学生对变换对象和变换目标进行比照、分析,促使学生形成对解题过程中如何选择公式,如何根据问题的条件进行公式变形,以及变换过程中表达的换元、逆向使用公式等数学思想方法的熟悉,从而加深理解变换思想,提升学生的推理水平.本节把三角恒等变换的应用放在三角变换与三角函数间的内在联系上,从而使三角函数性质的研究得到延伸.三角恒等变换不同于代数变换,后者往往着眼于式子结构形式的变换,变换内容比拟单一.而对于三角变换,不仅要考虑三角函

2、数是结构方面的差异,还要考虑三角函数式所包含的角,以及这些角的三角函数种类方面的差异,它是一种立体的综合性变换.从函数式结构、函数种类、角与角之间的联系等方面找一个切入点,并以此为依据选择可以联系它们的适当公式进行转化变形,是三角恒等变换的重要特点.二、三维目标1 .知识与技能：通过经历二倍角的变形公式推导出半角的正弦、余弦和正切公式,能利用和与差的正弦、余弦公式推导出积化和差与和差化积公式,体会化归、换元、方程、逆向使用公式等数学思想,提升学生的推理水平.2 .过程与方法：理解并掌握二倍角的正弦、余弦、正切公式,并会利用公式进行简单的恒等变形,体会三角恒等变换在数学中的应用.3.情感态度与价

3、值观：通过例题的解答,引导学生对变换对象目标进行比照、分析,促使学生形成对解题过程中如何选择公式,如何根据问题的条件进行公式变形,以及变换过程中表达的换元、逆向使用公式等数学思想方法的熟悉,从而加深理解变换思想,提升学生的推理水平.三、重点难点教学重点：1.半角公式、积化和差、和差化积公式的推导练习2.三角变换的内容、思路和方法,在与代数变换相比拟中,体会三角变换的牛!点.教学难点：熟悉三角变换的特点,并能运用数学思想方法指导变换过程的设计,不断提升从整体上把握变换过程的水平.四、课时安排2课时五、教学设想第1课时一导入新课思路1.我们知道变换是数学的重要工具,也是数学学习的主要对象之一,三角

4、函数主要有以下三个根本的恒等变换：代数变换、公式的逆向变换和多向变换以及引入辅助角的变换.前面已经利用诱导公式进行了简单的恒等变换,本节将综合运用和差角公式、倍角公式进行更加丰富的三角恒等变换思路2.三角函数的化简、求值、证实,都离不开三角恒等变换.学习了和角公式,差角公式,倍角公式以后,我们就有了进行三角变换的新工具,从而使三角变换的内容、思路和方法更加丰富和灵活,同时也为培养和提升我们的推理、运算、实践水平提供了广阔的空间和开展的平台.对于三角变换,由于不同的三角函数式不仅会有结构形式方面的差异,而且还会有所包含的角,以及这些角的三角函数种类方面的差异因此三角恒等变换常常首先寻找式子所包含

5、的各个角之间的联系,并以此为依据选择可以联系它们的适当公式,这是三角式恒等变换的重要特点.二推进新课、新知探究、提出问题“与a有什么关系2cos=2cos2a-1,21cosa将两个等式的左右两边分别相除2a1cosatan-=如何建立cosa与asin22=1cosasin2?之间的关系?22a1cosa,tan2a=1cosa这三个式子有什么共21cosa同特点?通过上面的三个问题,你能感觉到代数变换与三角变换有哪些不同吗证实(1)sinacos3=sin(a+3)+sin(a-3);2(2)sin0+sin()=2sincos22并观察这两个式子的左右两边在结构形式上有何不同?活动：教师

6、引导学生联想关于余弦的二倍角公式cos=1-2sin2a,将公式中的2一aa用一代替,解出sin22亘即可.教师对学生的讨论进行提问,学生可以发现:2a是与2的二倍角.在倍角公式cos2=1-2sinaa中,以a代替2a,以,代替22acos=1-2sin2一.2sin1cosa在倍角公式cos2=2cos2a-1中,以“代替2a,以亘代替a,即得22cos21cosa教师引导学生观察上面的式,可让学生总结出以下特点：(1)用单角的三角函数表示它们的一半即是半角的三角函数；(2)由左式的“二次式转化为右式的“一次式(即用此式可到达“降次的目的).教师与学生一起总结出这样的特点,并告诉学生这些特

7、点在三角恒等变形中将经常用到.提醒学生在以后的学习中引起注意.同时还要强调,本例的结果还可表示a,1cosaa,1cosa,a,1cosa切丹4业为:sin-=J,cos-=J,tan-=J,并称之为半222.22.1cosa角公式(不要求记忆),符号由-所在象PM决定.2教师引导学生通过这两种变换共同讨论归纳得出：对于三角变换,由于不同的三角函数式不仅会有结构形式方面的差异,而且还有所包含的角,以及这些角的三角函数种类方面的差异.因此,三角恒等变换常常先寻找式子所包含的各个角间的联系,并以此为依据,选择可以联系它们的适当公式,这是三角恒等变换的重要特点.代数式变换往往着眼于式子结构形式的变换

8、.对于问题：(1)如果从右边出发,仅利用和(差)的正弦公式作展开合并,就会得出左式.但为了更好地发挥本例的练习功能,把两个三角式结构形式上的不同点作为思考的出发点,引导学生思考,哪些公式包含sin“cos3呢？想到sin(a+3)=sinacos3+cosasin3.从方程角度看这个等式,sinacos3,cosasin3分别看成两个未知数.二元方程要求得确定解,必须有2个方程,这就促使学生考虑还有没有其他包含sinacos3的公式,列出sin(a-3)=sinacos3-cosasin3后,解相应的以sinacos3,cosasin3为未知数的二元一次方程组,就容易得到所需要的结果2由1得到

9、以和的形式表示的积的形式后,解决它的反问题,即用积的形式表示和的形式,在思路和方法上都与1没有什么区别.只需做个变换,令a+3=0,-3=(j),贝Ua=,3=,代入(1)式即得(2)式.22证实：(1)由于sin(a+3)=sinacos3+cosasin3,sin(-3)=sinccos3-cosssin3,将以上两式的左右两边分别相加,得sin(a+3)+sin(a-3)=2sinacos3,即sinccos3=1sin(a+3)+sin(a-3).2(2)由(1),可彳#sin(a+3)+sin(a-3)=2sinacos3.设a+3=0,a-3=j,那么a=,3=.把a,3的值代入,

10、即得sin0+sin=2sincos.教师给学生适时引导,指出这两个方程所用到的数学思想,可以总结出在本例的证实过程中用到了换元的思想,如把a+3看作9,a-3看作4,从而把包含“,3的三角函数式变换成0,的三角函数式.另外,把sinacos3看作x,cosasin3看作y,把等式看作x,y的方程,通过解方程求得x,这就是方程思想的表达.讨论结果：“是a的二倍角.22ad1cosasin=1-cos.略见活动.三应用例如思路11sinxcosx例1化简：.1sinxcosx活动：此题考查公式的应用,利用倍角公式进行化简解题.教师提醒学生注意半角公式和倍角公式的区别,它们的功能各异,本质相同,具

11、有对立统一的关系2x2sin2sinxcos-解:原式:二2_222x2cos一2sinxcos-2222sinx(sin-22x、cos)2+xx/x2cos-(cos.x.2sin-)222变式练习化简:sin50(1+,3tan10).解：原式=$所501,3sin10cos101.32(cos10sin10)sin50?-cos10=2sin50sin30 cos10cos30sin10cos10sin40sin80=2cos40cos10cos10cos10=1.cos10例2sinx-cosx=1,求sin3x-cos3x2的值.活动：教师引导学生利用立方差公式进行对公式变换化简,

12、然后再求解.由于(a-b)3=a3-3a2b+3ab2-b3=a3-b3-3ab(a-b),a3-b3=(a-b)3+3ab(a-b).解完此题后,教师引导学生深挖本例的思想方法,由于sinx-cosx与sinxcosx之间的转化.提升学生的运算.化简水平及整体代换思想.此题也可直接应用上述公式求之,即sin3x-cos3x=(sinx-cosx)3+3sinxcosx(sinx-cosx)=.止匕方法往往适用于16sin3xcos3x的化简问题之中.解：由sinx-cosx=1,得(sinx-cosx)2即1-2sinxcosx=1,1-sinxcosx=3.48点评：此题是对根本知识的考查

13、,重在让学生理解倍角公式与半角公式的内在联-sin3x-cos3x=(sinx-cosx)(sin2x+sinxcosx+cos2x)法.变式练习(2007年高考浙江卷,12)sin0+cos0=1,且一 wow,那么cos20的值524是.答案：254444cosAsinAcosBsinB例1221求证:221.cosBsinBcosAsinA活动：此题可从多个角度进行探究,由于所给的条件等式与所要证实的等式形式一致,只是将A,B的位置互换了,因此应从所给的条件等式入手,而条件等式中含有A,B角的正、余弦,可利用平方关系来减少函数的种类.从结构上看,条件是a2+b2=1的形式,可利用三角代换

14、.44AcosAsinA.证实一：:1,cosBsinBcos4A-sin2B+sin4A-cos2B=sin2B-cos+B.cos4A(1-cos2B)+sin4A-cos2B=(1-cos2B)cos2B,即cos4A-cos2B(cos4A-sin4A)=cos2B-cos4B.cos4A-2cos2Acos2B+cos4B=0.(cos2A-cos2B)2=0.1.cos2A=cos2B.sin2A=sin2B.44、cosBsinB2c.2-、cosB+sinB=1.22/=1(1+3)=281116点评：此题考查的是公式的变形、化简、求值,注意公式的灵活运用和化简的方cosAsi

15、nA2A2cosAsinA证实一:令cosa,=sina,cosBsinB贝Ucos2A=cosBcosa,sin2A=sinBsina.两式相加,得1=cosBcosa+sinBsina,即cos(B-a)=1.B-a=2k兀(kCZ),即B=2kTt+a(keZ).cos=cosB,sin=sinB.cos2A=cosBcosa=cos2B,sin2A=sinBsin=sin2B.cos4Bsin4Bcos4Bsin4B222222=cosB+sinB=1.cosAsinAcosBsinB点评：要善于从不同的角度来观察问题,本例从角与函数的种类两方面观察,利用平方关系进行了合理消元.变式练

16、习11在锐角二角形ABC中,ABC是它的二个内角,记S=,求证：S90,.1.90A90-B0. .tanAtan(90-B)=cotB0, .tanAtanB1.,S0.,.tan(-23)0.又3e(0,-),-230,得0-23.由tana=tan(1-23),得a=1-23,即a+23=.2sin(a)sin()/tan例2求证：一22-12sincostan活动：证实三角恒等式,一般要遵循“由繁到简的原那么,另外“化弦为切与“化切为弦也是在三角式的变换中经常使用的方法=3sinacosa,_(sinacoscosasin)(sinacoscosasin)_22sincos=sin(a

17、2)sin(a)=左边.,原式成立.sincos点评：此题进一步练习学生三角恒等式的变形,灵活运用三角函数公式的水平以及逻辑推理水平变式练习分析：运用比例的根本性质,可以发现原式等价于而上式左边2.sin4(1cos4)2sin2cos22sin2-二-T二二二2csin4(1cos4)2sin2cos22cos22s1n2(cos2sinA!=tan2右边.,上式成立,即原等式得证.2cos2(sin2cos2)1m.2.sin3=m-sin(2a+3),求证:tan(a+3)=tana.1m分析：仔细观察式与所证式中的角,不要盲目展开,要有的放矢,看到式中的2a+3可化为结论式中的a+3与

18、a的和,不妨将a+3作为一整体来处理._222_2sinacoscosasm；22sincos2一一2cosasin22sincos1tan2=右边.,原tana22cossin证法一：右边=1-22sincos2sin2cos2_2cosasin22sinacos1.求证:1sin4cos42sin1sin4cos41tan21sin4cos41sin4cos4证实：原等式等价于2tan1tan21sin41sin4,此式右边就是cos4cos4tan2tan20.证实：由sin3=msin(2a+3)sin(a+3)-a=msin(a+3)+asin(a+3)cosa-cos(a+3)si

19、na=0sin(a+3)cosa+cos(1-m)sin(a+3)cosa=(1+m)-cos(a+3)sina.1m,一tan(a+3)=tana.1m四知能练习1.假设sina=,a在第二象限,那么tana的值为1323一,35解答:1.A2.D3.-3五课堂小结1 .先让学生自己回忆本节学习的数学知识：和、差、倍角的正弦、余弦公式的应用,半角公式、代数式变换与三角变换的区别与联系.积化和差与和差化积公式及其推导,三角恒等式与条件等式的证实.2 .教师画龙点睛总结：本节学习了公式的使用,换元法,方程思想,等价转化,三角恒等变形的根本手段.六作业第2课时一导入新课思路1.问题导入三角化简、求

20、值与证实中,往往会出现较多相异的角,我们可根据角与角之间的和差、倍半、互补、互余等关系,运用角的变换,沟通条件与结论中角的差异,使问题获得解决,如：a=(a+3)-3,a+3)sinaA.5B.-5C.D.2.设5兀.6兀,cos那么sin一等于1aA.2B.C.D.3.sin0=2a=(a+3)+(a-3)=(+a)-(-a),+a=-(-a)等,你能总结出三角变换的哪些策略？由此探讨展开.思路2.(复习导入)前面已经学过如何把形如y=asinx+bcosx的函数转化为形如y=Asin(cox+(j)的函数,本节主要研究函数y=asinx+bcosx的周期、最值等性质.三角函数和代数、几何知

21、识联系密切,它是研究其他各类知识的重要工具.高考题中与三角函数有关的问题,大都以恒等变形为研究手段.三角变换是运算、化简、求值、证实过程中不可缺少的解题技巧,要学会创设条件灵活运用三角公式,掌握运算,化简的方法和技能.(二)推进新课、新知探究、提出问题三角函数y=sinx,y=cosx的周期,最大值和最小值是多少？函数y=asinx+bcosx的变形与应用是怎样的？三角变换在几何问题中有什么应用？活动：教师引导学生对前面已学习过的三角函数的图象与性质进行复习与回忆,我们知道正弦函数,余弦函数的图象都具有周期性、对称性、单调性等性质.而且正弦函数,余弦函数的周期都是2k兀(kCZ且kw0),最小

22、正周期都是2兀.三角函数的定义与变化时,会对其周期性产生一定的影响,例如,函数y=sinx的周期是2k兀(kCZ且kw0),且最小正周期是2兀,函数y=sin2x的周期是k%(kCZ且kw0),且最小正周期是兀.正弦函数,余弦函数的最大值是1,最小值是-1,所以这两个函数的值域都是-1,1.22a.b、函数y=asinx+bcosx=aab(,一sinx,.cosx),2,22,2ab.ab(-p=T)2(-p=T)21从而可令了cos一ab.ab.ab贝U有asinx+bcosx=；a2b2(sinxcosj+cosxsinj)22=Uabsin(x+4).因此,我们有如下结论：asinx+

23、bcosx=a2b2sin(x+(j),其中tan(j)=b.a在以后的学习中可以用此结论进行求几何中的最值问题或者角度问题我们知道角的概念起源于几何图形,从而使得三角函数与平面几何有着密切的内在联系.几何中的角度、长度、面积等几何问题,常需借助三角函数的变换来解决,通过三角变换来解决几何中的有关问题,是一种重要的数学方法讨论结果：y=sinx,y=cosx的周期是2kukCZ且kw0,最小正周期都是2兀；最大值都是1,最小值都是-1.一略见活动.三应用例如思路1例1如图1,OPQ半彳空为1,圆心角为的扇形,C是扇形弧上的动点,ABCD是扇形的内接矩形.记/COP=a,求当角“取何值时,矩形A

24、BCD勺面积最大？并求出这个最大面积.活动：要求当角a取何值时,矩形ABCD勺面积S最大,先找出S与a之间的函数关系,再求函数的最值.找S与a之间的函数关系可以让学生自己解决,得到：S=ABBC=cosasinasina=sinacos优sin2a.33求这种y=asin2x+bsinxcosx+ccos2x函数的最值,应先降哥,再利用公式化成Asin3x+4型的三角函数求最值b2,2absin(),教师引导学生思考：要求当角a取何值时,矩形ABCD勺面积S最大,可分两步进图1(1)找出S与a之间的函数关系；(2)由得出的函数关系,求S的最大值.解：在RtAOB计,BC=cosa,BC=sin

25、a,在RtOA计,DA=tan60=73,OA所以OA=DA=BC=sina.所以AB=OB-OAcosssina3设矩形ABCD勺面积为S,那么a=sinccoss-sin2a3=1sin2a+cos2a-=-(sin2a+1cos2a)-266.3226=-sin(2由于0a0).(1)求函数f(x)的值域；(2)假设函数y=f(x)的图象与直线y=-1的两个相邻交点间的距离为一,求函数2y=f(x)的单调增区间.解:(1)f(x)=sinwx+cos9x+sincox-coscox-(cos3x+1)2=2(三sincx-1cosax)-1=2sin(cx22-1)-1.由-1Wsin(

26、cox)w1,得-3w2sin(cox-)-1w1,可知函数f(x)的值域为-3,1.(2)由题设条件及三角函数图象和性质,可知y=f(x)的周期为兀,又由a0,得于是有f(x)=2sin(2x-)-1,再由2k兀-w2xw2k兀+(kCZ),解得ku-_WxWkTt+(kCZ).所以y=f(x)的单调增区间为ku-,k兀+(kCZ).点评：此题主要考查三角函数公式,三角函数图象和性质等根底知识,考查综合运用三角函数有关知识的水平.例1求函数y=sin4x+23sinxcosx-cos4x的最小正周期和最小值；并写出该函数在0,兀上的单调递增区间.活动：教师引导学生利用公式解题,此题主要考查二

27、倍角公式以及三角函数的单调性和周期性等根底知识.先用二倍角公式把函数化成最简形式,然后再解决与此相关的问题.=3sin2x-cos2x=2sin(2x-).故该函数的最小正周期是兀；最小值是-2;在0,兀上单调增区间是0,一,兀.36点评：此题主要考查二倍角公式以及三角函数的单调性和周期性等根底知识.变式练习函数f(x)=cos4x-2sinxcosx-sin4x,(1)求f(x)的最小正周期；(2)假设xC0,求f(x)的最大、最小值.f(x)=cos4x-2sinxcosx-sin4x=(cos2x+sin2x)(cos2x-sin2x)-sin2x=cos2x-sin2x=2cos(2x

28、+一),解:y=sin4x+2.3sinxcosx-cos4x=(sin2x+cos2x)(sin2x-cos2x)+.3sin2x一,一,一2所以,f(x)的取小正周期T=7t.25(2)由于xC0,5,所以2x+_C_,一.当2x+1=7时,cos(2x+)取得最大值当2x+=兀时,cos(2x+)取得最小值-1.所以,在0,金上的最大值为1,最小值为-J2.思路2例1函数f(x)=sin(cox+(j)(30,0w()w兀)是R上的偶函数,其图象关于点M(3,0)对称,且在区间0,上是单调函数,求4和 3 的值.42活动：提醒学生在解此题时,对f(x)是偶函数这一条件的运用不在问题上,而

29、在对“f(x)的图象关于M(,0)对称这一条彳的使用上,多数考生都存在一定问题.4一般地：定义在R上的函数y=f(x)对定义域内任意x满足条件：f(x+a)=2b-f(a-x),那么y=f(x)的图象关于点(a,b)对称,反之亦然.教师在这类问题的教学时要给予充分的提示与总结,多做些这种类型的变式练习.解：由f(x)是偶函数,得f(-x)=f(x),即sin(-wx+()=sin(cox+(j),所以-cos()sinwx=cos()sincox对任意x者B成又w0,所以,得cos()=0.依题设0w(|)0,得=一+k7t,k=0,1,2,.423=2(2k+1),k=0,1,2,3当k=0

30、时,w=2,f(x)=sin(2x+一)在0,一上是减函数；22)在0,上是减函数；22wx+一)在0,一上不是单调函数点评：此题是利用函数思想进行解题,结合三角函数的图象与性质,变换然后进而解决此题变式练习分别为m、n,且a2=2mn.问：是否能在区间(兀,2兀中找到角.,恰使等式cos0-sin0=4(cosB一C-cosC)成立？假设能,找出这样的角.；假设不能,请说明22理由.解：在RtBAD中,胆=cos_B,在RtBAC中,-AB=sinC,m2amcos=asinC.2同理,ncos=asinB.mncos旦cos=a2sinBsinC.22而a2=2mn,33当k=1时,=2,f(x)=sin(2x+当k2时,310,f(x)=sin