5.2.1 三角函数的概念

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【基础过关系列】2022-2023 学年高一数学上学期同步知识点剖析精品讲义 (人教 A 版 2019)
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必修第一册同步巩固,难度 2 颗星!

基础知识

任意角的三角函数的概念

α 是一个任意角,αR,它的终边 OP 与单位圆相交于点 P(x,y).
① 把点 P 的纵坐标 y 叫做 α 的正弦函数,记作 sinα,即 y=sinα
② 把点 P 的纵坐标 x 叫做 α 的余弦函数,记作 cosα,即 x=cosα
③ 把点 P 的纵坐标 yx 叫做 α 的正切函数,记作 tanα,即 yx=tanα(x0).

正弦函数 f(x)=sinx,xR;余弦函数 f(x)=cosx,xR
正切函数 f(x)=tanx, xπ2+kπ(kZ),它们统称三角函数.
解释
(1) 一般地,任意给定一个角 αR,它的终边 OP 与单位圆的交点是确定的,则点 P 的横坐标 x、纵坐标 y 都是角 α 的函数;
(2) 当 α=π2+kπ(kZ) 时,α 的终边在 y 轴上,这时点 P 横坐标 x=0,此时 yx=tanα 没意义.
(3) 设 α 是一个任意角,它的终边上任意一点 P(不与原点 O 重合) 的坐标为 (x,y),点 P 与原点的距离为 r
sinα=yrcosα=xrtanα=yx. 显然其中 r=x2+y2.
 

【例】 sin2π3cos2π3tan2π3.
解析 下图中,2π3 的终边 OP 与单位圆交于点 P,过点 P PHx 轴,
RtOPH 中,OP=1POH=π3
OH=12PH=32,即 P(12,32)
sin2π3=32cos2π3=12tan2π3=3.

 

三角函数在各个象限的符号

判断三角函数在各个象限的符号的方法
(1) 三角函数定义
α 的终边上一点 P(x,y)sinα 符号看 ycosα 符号看 xtanα 符号看 yx.

各象限点坐标的符号 α 第一象限 第二象限 第三象限 第四象限
sinα + +
cosα + +
tanα + +
 

(2) 巧记方法: QSRC-- 全是天才
如下图,第一象限是 Q,第二象限是 S,第一象限是 T,第一象限是 CQSRC 是 “全是天才” 各字拼音首字母.S 代表 "sin",T 代表 "tan ",C 代表 "cos ",Q 代表全部三种函数.
则第一象限中三个函数符号都是正,第二象限中只有 sinα 的符号是正,第三象限中只有 tanα 的符号是正,第四象限只有 cosα 的符号是正.

PS 建议学数学还是要有 “逻辑性” 地系统建立起知识体系,方法 1 好;方法 2 这种 “取巧” 的分式不太建议,但挺佩服想到这方法那个人的想象能力.
 

特殊角的三角函数值表

α 0 π6 π4 π3 π2 2π3 3π4 5π6 π 3π2 2π
sinα 0 12 22 32 1 32 22 12 0 1 0
cosα 1 32 22 12 0 12 22 32 1 0 1
tanα 0 33 1 3 3 1 33 0 0

 

利用三角函数的定义求 α=0π2π2π 时对应的三角函数值.
PS 对特殊角的三角函数值,要理解切忌死记,后面学到诱导公式也可理解.
 

【例】 如图所示,α=π 的终边在 x 轴的负半轴,与 x 轴交点为 P(1,0)
sinπ=0cosπ=1tanπ=0.

 

终边相等的角的三角函数值

由三角函数的定义,易得:终边相等的角的同一三角函数的值相等.
sin(α+k2π)=sinαcos(α+k2π)=cosαtan(α+k2π)=tanα,其中 kZ.
这组公式属于诱导公式的公式一,后面我们还会学其他的公式二至六.
 

【例】 cos9π4tan(11π3).
cos9π4==cos(π4+2π)=cosπ4=22tan(11π3)=tan(4π+π3)=tanπ3=33.
 

基本方法

【题型1】利用定义求角的三角函数值

【典题 1】 已知点 M 是单位圆 x2+y2=1 上的点,以射线 OM 为终边的角 α 的正弦值为 22
cosα tanα 的值.
解析 设点 M 的坐标为 (x1,y1)
由题意可知,sinα=22,即 y1=22
M 是圆 x2+y2=1 上的点,
x12+y12=1,即 x12+(22)2=1,解得 x1=22,或 x1=22
M(22,22) M(22,22)
cosα=22, tanα=1,或 cosα=22, tanα=1
点拨 注意三角函数的定义,点 M 是否在单位圆上,若不是,则 sinα=yx2+y2
cosα=xx2+y2tanα=yx.
 

【典题 2】 sin3π4cos3π4tan3π4.
解析 3π4 的终边 OP 与单位圆交于点 P,过点 P PHx 轴,
RtOPH 中,OP=1POH=π4
OH=22PH=22,即 P(22,22)
sin3π4=22cos3π4=22tan3π4=1.

 

【巩固练习】

1. 求 sinπ2= _cosπ2= _
 

2. 已知角 α 的终边过点 P(4m,3m)(m0),则 2sinα+cosα 的值是 (  )
 A.1 1 B. 2525 C.125 D.125
 

3. 求 sin(π4)cos(π4)tan(π4).
 

参考答案

  1. 答案 10
    解析 利用单位圆,得到 sinπ2=1cosπ2=0.

  2. 答案 B
    解析 r=(4m)2+(3m)2=5|m|sinα=3m5|m|cosα=4m5|m|
    2sinα+cosα=6m4m5|m|=2m5|m|=2525,故选 B

  3. 答案 sin(π4)=22cos(π4)=22tan(π4)=1.
    解析 π4 的终边 OP 与单位圆交于点 P,过点 P PHx 轴,
    RtOPH 中,OP=1POH=π4
    OH=22PH=22,即 P(22,22)
    sin(π4)=22cos(π4)=22tan(π4)=1.

 

【题型2】三角函数值的符号问题

【典题 1】 判断下列各式的符号:
(1) sinαtanα,其中 α 是第四象限角;(2) sin3cos4tan(23π4).
解析 (1)α 是第四象限角,sinα<0tanα<0
sinα·tanα>0
(2) π2<3<ππ<4<3π2sin3>0cos4<0
23π4=6π+π423π4 的终边与 π4 的终边相同,
tanπ4>0tan(23π4)>0
sin3cos4tan(23π4)<0
点拨 判断角 α 的三角函数的符号,先确定 α 终边在第几象限;设 α 的终边所在象限点坐标 (x,y)
sinα 符号看 ycosα 符号看 xtanα 符号看 yx.
 

【巩固练习】

1. 已知 sin4tan2 的值 (  )
 A.不大于 0 B.大于 0 C.不小于 0 D.小于 0
 

2. 已知 {xxkπ2,kZ},则函数 y=|sinx|sinx+|cosx|cosx2|tanx|tanx 的值可能是 (  )
 A.1 B.4 C.4 D.2
 

3. 若 cosθ<0 tanθ<0,则 θ2 终边在 (  )
 A.第一象限 B.第二象限 C.第一或第三象限 D.第三或第四象限
 

参考答案

  1. 答案 B
    解析 4rad 在第三象限,sin4<0;2rad 在第二象限,tan2<0, 则 sin4tan2>0. 故选 B.

  2. 答案 B
    解析 x 在第一象限时: y=|sinx|sinx+|cosx|cosx2|tanx|tanx=1+12=0
    x 在第二象限时: y=|sinx|sinx+|cosx|cosx2|tanx|tanx=11+2=2
    x 在第三象限时: y=|sinx|sinx+|cosx|cosx2|tanx|tanx=112=4
    x 在第四象限时: y=|sinx|sinx+|cosx|cosx2|tanx|tanx=1+1+2=2
    故选:B

  3. 答案 C
    解析 cosθ<0 ,θ 是第二或三象限,
    tanθ<0θ 是第二或四象限,
    θ 是第二象限,即 2kπ+π2<θ<2kπ+π
    kπ+π4<θ2<kπ+π2
    可得 θ2 终边在第一或第三象限.
    故选:C
     

【题型3】诱导公式一的应用

【典题 1】 求值 cos7π3+sin25π6+tan(15π4).
解析 cos7π3+sin25π6+tan(15π4)=cos(2π+π3)+sin(4π+π6)+tan(4π+π4)
=cosπ3+sinπ6+tanπ4=12+12+1=2.
点拨 sin(α+k2π)=sinαcos(α+k2π)=cosαtan(α+k2π)=tanα
其中 kZ. 即终边相等的角的同一三角函数的值相等.
 

【典题 2】 α 终边与单位圆交于点 A(35,45),则 sin(α+4π)+2tan(2π+α)= _ .
解析 α 终边与单位圆交于点 A(35,45)
sinα=45tanα=43
sin(α+4π)+2tan(2π+α)=sinα+2tanα=45+2(43)=2815
 

【巩固练习】

1. 求值 cos13π6+sin7π3+tan(7π4).
 

2. 已知角 α 终边上点 P 的坐标为 (45,35),则 3sin(α2π)2cos(6π+α)= _ .
 

参考答案

  1. 答案 3+1
    解析 cos13π6+sin7π3+tan(7π4)=cos(2π+π6)+sin(2π+π3)+tan(2π+π4)=cosπ6+sinπ3+tanπ4=32+32+1=3+1.

  2. 答案 175
    解析 α 终边上点 P 的坐标为 (45,35)
    x=45y=35r=|OA|=1
    sinα=35cosα=45
    3sin(α2π)2cos(6π+α)=3sinα2cosα=9585=175
     

分层练习

【A组---基础题】

1. 有下列命题,其中正确的个数是 (  )
 ①终边相同的角的同名三角函数值相等;
 ②同名三角函数值相等的角也相等;
 ③终边不相同,它们的同名三角函数值一定不相等;
 ④不相等的角,同名三角函数值也不相等.
 A.0 B.1 C.2 D.3
 

2. 已知角 α 的项点与坐标原点重合,始边与 x 轴的非负半轴重合,若点 P(2,1) 在角 α 的终边上,则 tanα=(  )
 A.2 B. 12 C. 12 D.2
 

3. 已知 sinα=35, cosα=45,则角 α 所在的象限是 (  )
  A.第一象限 B.第二象限 C.第三象限 D.第四象限
 

4. 已知 α=16π5,则下列结论正确的是 (  )
 A. sinα<0,cosα>0 B. sinα<0,cosα<0
 C.sinα<0,cosα<0 D.sinα>0,cosα>0
 

5. 若 sinα·cosα<0,则 α 的终边在 (  )
 A.第一或第二象限 B.第一或第三象限 C.第一或第四象限 D.第二或第四象限
 

6.sin495°=(  )
 A.1 B. 12 C. 32 D. 22
 

7. 已知角 α 的终边与单位圆的交点为 P(45,35),则 2cosα+tanα=_.
 

8. 已知 P(sin5π4,cos3π4) 落在角 θ 的终边上,且 θ[0,2π),则 θ 是第 _ 象限角.
 

9. 已知函数 f(x)=asin(πx+α)+bcos(πx+β),且 f(2)=2,则 f(2020) 的值为 _.
 
 

10. 求值 sin(11π6)+cos7π3+tan(5π3).

 
 

11. 已知角 α 终边上点 P 的坐标为 (2,1),求 3tan(α+2π)+sin(4π+α).
 
 
 

参考答案

  1. 答案 B
    解析 对于①,由诱导公式一可得正确;
    对于②,由 sin30=sin150=12,但 30°150°,所以②错误;
    对于③,如 α=60°β=120° 的终边不相同,但 sin60=sin120=32
    所以③错误;对于④,由③中的例子可知④错误.

  2. 答案 C
    解析 P(2,1) 在角 α 的终边上, tanα=12=12,故选:C

  3. 答案 B
    解析sinα=35>0 得角 α 的终边在第一或第二象限;
    cosα=45<0 得角 α 的终边在第二或第三象限.
    综上,角 α 所在的象限是第二象限.

  4. 答案 C
    解析 α=16π5=2π+π+π5,终边落在第三象限,
    sinα<0,cosα<0,故选:C.

  5. 答案 D
    解析 sinα·cosα<0sinα cosα 异号,
    α 的终边在第二或第四象限.

  6. 答案 D
    解析 sin495=sin(360+135)=sin135=22,故选 D.

  7. 答案 920
    解析 α 的终边与单位圆的交点为 P(45,35),则 cosα=45
    2sinα+tanα=65+3545=920

  8. 答案
    解析 sin5π4<0cos3π4<0P 在第三象限,θ 在第三象限角.

  9. 答案 2
    解析 f(2)=asin(2π+α)+bcos(2π+β)=asinα+bcosβasinα+bcosβ=2
    f(2020)=asin(2020x+α)+bcos(2020x+β)=asinα+bcosβ=2.

  10. 答案 3+1
    解析 sin(11π6)+cos7π3+tan(7π3)=sin(2π+π6)+cos(2π+π3)+tan(2π+π3)
    =sinπ6+cosπ3+tanπ3=12+12+3=3+1.

  11. 答案 3255
    解析 α 终边上点 P 的坐标为 (2,1)
    x=2y=1r=|OA|=5
    sinα=yr=55tanα=yx=12
    3tan(α+2π)+sin(4π+α)=3tanα+sinα=3255
     

【B组---提高题】

1. 若 θ 为第二象限角,则下列结论一定成立的是 (  )
 A. sinθ2>0 B.cosθ2>0 C.tanθ2>0 D.sinθ2cosθ2<0
 

2. 若 sin(7π3+θ)=35,则 sin(θπ3)= _ .
 
 

参考答案

  1. 答案 C
    解析 θ 为第二象限角, π2+2kπ<θ<π+2kπkZ
    π4+kπ<θ2<π2+kπkZ
    θ 为一或三象限角,得 tanθ2>0
    故选:C

  2. 答案 35
    解析 sin(θπ3)=sin[2π+(7π3+θ)]=sin(7π3+θ)=35.
     

【C组---拓展题】

1. 若 0<x<π2,证明 sinx<x<tanx.
 
 

参考答案

  1. 解析 如上图,在单位圆中,sinx=ABtanx=CDx=AD^
    显然 sinx<x<tanx.

     
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