第1讲 任意角、弧度制及任意角的三角函数
【2013年高考会这样考】
1.考查三角函数的定义及应用.
2.考查三角函数值符号的确定.
【复习指导】
从近几年的高
考试题
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看,这部分的高考试题大多为教材例题或习题的变形与创新,因此学习中要立足基础,抓好对部分概念的理解.
基础梳理
1.任意角
(1)角的概念的推广
①按旋转方向不同分为正角、负角、零角.
②按终边位置不同分为象限角和轴线角.
(2)终边相同的角
终边与角α相同的角可写成α+k·360°(k∈Z).
(3)弧度制
①1弧度的角:把长度等于半径长的弧所对的圆心角叫做1弧度的角.
②
规定
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:正角的弧度数为正数,负角的弧度数为负数,零角的弧度数为零,|α|=,l是以角α作为圆心角时所对圆弧的长,r为半径.
③用“弧度”做单位来度量角的
制度
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叫做弧度制,比值与所取的r的大小无关,仅与角的大小有关.
④弧度与角度的换算:360°=2π弧度;180°=π弧度.
⑤弧长公式:l=|α|r,
扇形面积公式:S扇形=lr=|α|r2.
2.任意角的三角函数定义
设α是一个任意角,角α的终边上任意一点P(x,y),它与原点的距离为r(r>0),那么角α的正弦、余弦、正切分别是:sin α=,cos α=,tan α=,它们都是以角为自变量,以比值为函数值的函数.
3.三角函数线
设角α的顶点在坐标原点,始边与x轴非负半轴重合,终边与单位圆相交于点P,过P作PM垂直于x轴于M,则点M是点P在x轴上的正射影.由三角函数的定义知,点P的坐标为(cos_α,sin_α),即P(cos_α,sin_α),其中cos α=OM,sin α=MP,单位圆与x轴的正半轴交于点A,单位圆在A点的切线与α的终边或其反向延长线相交于点T,则tan α=AT.我们把有向线段OM、MP、AT叫做α的余弦线、正弦线、正切线.
三角函数线
有向线段MP为正弦线
有向线段OM为余弦线
有向线段AT
为正切线
一条规律
三角函数值在各象限的符号规律概括为:一全正、二正弦、三正切、四余弦.
(2)终边落在x轴上的角的集合{β|β=kπ,k∈Z};终边落在y轴上的角的集合;终边落在坐标轴上的角的集合可以
表
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示为.
两个技巧
(1)在利用三角函数定义时,点P可取终边上任一点,如有可能则取终边与单位圆的交点,|OP|=r一定是正值.
(2)在解简单的三角不等式时,利用单位圆及三角函数线是一个小技巧.
三个注意
(1)注意易混概念的区别:第一象限角、锐角、小于90°的角是概念不同的三类角,第一类是象限角,第二类、第三类是区间角.
(2)角度制与弧度制可利用180°=π rad进行互化,在同一个式子中,采用的度量制度必须一致,不可混用.
(3)注意熟记0°~360°间特殊角的弧度表示,以方便解题.
双基自测
1.(人教A版教材习题改编)下列与的终边相同的角的表达式中正确的是
( ).
A.2kπ+45°(k∈Z) B.k·360°+π(k∈Z)
C.k·360°-315°(k∈Z) D.kπ+(k∈Z)
解析 与的终边相同的角可以写成2kπ+π(k∈Z),但是角度制与弧度制不能混用,所以只有答案C正确.
答案 C
2.若α=k·180°+45°(k∈Z),则α在( ).
A.第一或第三象限 B.第一或第二象限
C.第二或第四象限 D.第三或第四象限
解析 当k=2m+1(m∈Z)时,α=2m·180°+225°=m·360°+225°,故α为第三象限角;
当k=2m(m∈Z)时,α=m·360°+45°,故α为第一象限角.
答案 A
3.若sin α<0且tan α>0,则α是( ).
A.第一象限角 B.第二象限角
C.第三象限角 D.第四象限角
解析 由sin α<0知α是第三、四象限或y轴非正半轴上的角,由tan α>0知α是第一、三象限角.∴α是第三象限角.
答案 C
4.已知角α的终边过点(-1,2),则cos α的值为( ).
A.- B. C.- D.-
解析 由三角函数的定义可知,r=,cos α==-.
答案 A
5.(2011·江西)已知角θ的顶点为坐标原点,始边为x轴非负半轴,若P(4,y)是角θ终边上一点,且sin θ=-,则y=________.
解析 根据正弦值为负数且不为-1,判断角在第三、四象限,再加上横坐标为正,断定该角为第四象限角,∴y<0,sin θ==-⇒y=-8.
答案 -8
考向一 角的集合表示及象限角的判定
【例1】►(1)写出终边在直线y=x上的角的集合;
(2)若角θ的终边与角的终边相同,求在[0,2π)内终边与角的终边相同的角;
(3)已知角α是第二象限角,试确定2α、所在的象限.
[审题视点] 利用终边相同的角进行表示及判断.
解 (1)在(0,π)内终边在直线y=x上的角是,
∴终边在直线y=x上的角的集合为
.
(2)∵θ=+2kπ(k∈Z),∴=+(k∈Z).
依题意0≤+<2π⇒-≤k<,k∈Z.
∴k=0,1,2,即在[0,2π)内终边与相同的角为,,.
(3)∵α是第二象限角,
∴k·360°+90°<α<k·360°+180°,k∈Z.
∴2k·360°+180°<2α<2k·360°+360°,k∈Z.
∴2α是第三、第四象限角或角的终边在y轴非正半轴上.
∵k·180°+45°<<k·180°+90°,k∈Z,
当k=2m(m∈Z)时,m·360°+45°<<m·360°+90°;
当k=2m+1(m∈Z)时,
m·360°+225°<<m·360°+270°;
∴为第一或第三象限角.
(1)相等的角终边一定相同,但终边相同的角却不一定相等,终边相同的角有无数个,它们之间相差360°的整数倍.
(2)角的集合的表示形式不是唯一的,如:终边在y轴非正半轴上的角的集合可以表示为,也可以表示为.
【训练1】 角α与角β的终边互为反向延长线,则( ).
A.α=-β
B.α=180°+β
C.α=k·360°+β(k∈Z)
D.α=k·360°±180°+β(k∈Z)
解析 对于角α与角β的终边互为反向延长线,则α-β=k·360°±180°(k∈Z).
∴α=k·360°±180°+β(k∈Z).
答案 D
考向二 三角函数的定义
【例2】►已知角θ的终边经过点P(-,m)(m≠0)且sin θ= m,试判断角θ所在的象限,并求cos θ和tan θ的值.
[审题视点] 根据三角函数定义求m,再求cos θ和tan θ.
解 由题意得,r=,∴=m,∵m≠0,
∴m=±,
故角θ是第二或第三象限角.
当m=时,r=2,点P的坐标为(-,),角θ是第二象限角,
∴cos θ===-,
tan θ===-.
当m=-时,r=2,点P的坐标为(-,-),角θ是第三象限角.
∴cos θ===-,tan===.
任意角的三角函数值仅与角α的终边位置有关,而与角α终边上点P的位置无关.若角α已经给出,则无论点P选择在α终边上的什么位置,角α的三角函数值都是确定的.
【训练2】 (2011·课标全国)已知角θ的顶点与原点重合,始边与x轴的非负半轴重合,终边在直线y=2x上,则cos 2θ=( ).
A.- B.- C. D.
解析 取终边上一点(a,2a),a≠0,根据任意角的三角函数定义,可得cos θ=±,故cos 2θ=2cos2θ-1=-.
答案 B
考向三 弧度制的应用
【例3】►已知半径为10的圆O中,弦AB的长为10.
(1)求弦AB所对的圆心角α的大小;
(2)求α所在的扇形的弧长l及弧所在的弓形的面积S.
[审题视点] (1)由已知条件可得△AOB是等边三角形,可得圆心角α的值;
(2)利用弧长公式可求得弧长,再利用扇形面积公式可得扇形面积,从而可求弓形的面积.
解 (1)由⊙O的半径r=10=AB,知△AOB是等边三角形,
∴α=∠AOB=60°=.
(2)由(1)可知α=,r=10,
∴弧长l=α·r=×10=,
∴S扇形=lr=××10=,
而S△AOB=·AB·=×10×=,
∴S=S扇形-S△AOB=50.
弧度制下的扇形的弧长与面积公式,比角度制下的扇形的弧长与面积公式要简洁得多,用起来也方便得多.因此,我们要熟练地掌握弧度制下扇形的弧长与面积公式.
【训练3】 已知扇形周长为40,当它的半径和圆心角取何值时,才使扇形面积最大?
解 设圆心角是θ,半径是r,则2r+rθ=40,
S=lr=r(40-2r)=r(20-r)≤2=100.
当且仅当r=20-r,即r=10时,Smax=100.
∴当r=10,θ=2时,扇形面积最大,即半径为10,圆心角为2弧度时,扇形面积最大.
考向四 三角函数线及其应用
【例4】►在单位圆中画出适合下列条件的角α的终边的范围.并由此写出角α的集合:
(1)sin α≥; (2)cos α≤-.
[审题视点] 作出满足sin α=,cos α=-的角的终边,然后根据已知条件确定角α终边的范围.
解
(1)作直线y=交单位圆于A、B两点,连接OA、OB,则OA与OB围成的区域(图中阴影部分)即为角α的终边的范围,故满足条件的角α的集合为
.
(2)作直线x=-交单位圆于C、D两点,连接OC、OD,则OC与OD围成的区域(图中阴影部分)即为角α终边的范围,故满足条件的角α的集合为
.
利用单位圆解三角不等式(组)的一般步骤是:
(1)用边界值定出角的终边位置;
(2)根据不等式(组)定出角的范围;
(3)求交集,找单位圆中公共的部分;
(4)写出角的表达式.
【训练4】 求下列函数的定义域:
(1)y=; (2)y=lg(3-4sin2x).
解 (1)∵2cos x-1≥0,∴cos x≥.
由三角函数线画出x满足条件的终边范围(如图阴影部分所示).
∴定义域为(k∈Z).
(2)∵3-4sin2x>0,
∴sin2x<,
∴-<sin x<.
利用三角函数线画出x满足条件的终边范围(如图阴影部分所示),
∴定义域为(k∈Z).
规范解答7——如何利用三角函数的定义求三角函数值
【问题研究】 三角函数的定义:设α是任意角,其终边上任一点P(不与原点重合)的坐标为(x,y),它到原点的距离是r(r=>0),则sin α=、cos α=、tan α=分别是α的正弦、余弦、正切,它们都是以角为自变量,以比值为函数值的函数,这样的函数称为三角函数,这里x,y的符号由α终边所在象限确定,r的符号始终为正,应用定义法解题时,要注意符号,防止出现错误.三角函数的定义在解决问题中应用广泛,并且有时可以简化解题过程.
【解决
方案
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】 利用三角函数的定义求三角函数值时,首先要根据定义正确地求得x,y,r的值;然后对于含参数问题要注意分类讨论.
【示例】►(本题满分12分)(2011·龙岩月考)已知角α终边经过点P(x,-)(x≠0),且cos α=x,求sin α、tan α的值.
只要确定了r的值即可确定角α经过的点P的坐标,即确定角α所在的象限,并可以根据三角函数的定义求出所要求的值.
[解答示范] ∵P(x,-)(x≠0),
∴P到原点的距离r=,(2分)
又cos α=x,
∴cos α==x,
∵x≠0,∴x=±,∴r=2.(6分)
当x=时,P点坐标为(,-),
由三角函数定义,有sin α=-,tan α=-;(9分)
当x=-时,P点坐标为(-,-),
∴sin α=-,tan α=.(12分)
当角的终边经过的点不固定时,需要进行分类讨论,特别是当角的终边在过坐标原点的一条直线上时,在根据三角函数定义求解三角函数值时,就要把这条直线看做两条射线,分别求解,实际上这时求的是两个角的三角函数值,这两个角相差2kπ+π(k∈Z),当求出了一种情况后也可以根据诱导公式求另一种情况.
【试一试】 已知角α的终边在直线3x+4y=0上,求sin α+cos α+tan α.
[尝试解答] 取直线3x+4y=0上的点P1(4,-3),则|OP1|=5,则sin α=-,cos α=,tan α=-,
故sin α+cos α+tan α=-++×
=-;
取直线3x+4y=0上的点P2(-4,3),
则sin α=,cos α=-,tan α=-.
故sin α+cos α+tan α=-+×=-.
综上,sin α+cos α+tan α的值为-或-.
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