“辅助角公式”又称“化一公式”,其主要作用是将多个三角函数的和化成单个函数,以此来求解有关最值和周期等的问题.
在高考数学范围内,辅助角公式的作用是将含有正弦、余弦两种三角函数的表达式合并为只含有一种三角函数的表达式,其形式如下所示:
asin x± bcos x=sqrta²+b²sin(x±φ)(a,b>0) ,这里 φ 是锐角且 tanφ=b/a .
为简洁起见,我们只给出 a sin x + b cos x 的推导,另外一种情形,请同学们自己完成.
因为 a sin x + b cos x = √(a² + b²) ( (a)/(√(a² + b²)) sin x + (b)/(√(a² + b²)) cos x ) ,注意到 ( (a)/(√(a² + b²)) )² + ( (b)/(√(a² + b²)) )² = 1 ,故存在 φ ,使得 cos φ = (a)/(√(a² + b²)) , sin φ = (b)/(√(a² + b²)) ,所以
a sin x + b cos x = sqrt a ^ 2 + b ^ 2 (cos φ sin x + sin φ cos x) = sqrt a ^ 2 + b ^ 2 sin (x + φ)这里 φ 满足 tan φ = (sinφ)/(cosφ) = b/a
(2020 全国Ⅲ文 5) 已知 sinα+sin(α+(π)/(3))=1 ,则 sin(α+(π)/(6))=( ) .
A. 1/2 B. (√(3))/(3) C. 2/3 D. (√(2))/(2)
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将 sin α + sin ( α + (π)/(3) ) = 1 展开可得 sin α + sin α cos (π)/(3) + cos α sin (π)/(3) = 1,即 3/2 sin α + (√(3))/(2) cos α = 1,由辅助角公式可得 √(3) sin ( α + (π)/(6) ) = 1,即 sin ( α + (π)/(6) ) = (√(3))/(3),故选 B.
我们不仅要记住这个辅助角公式,还需要观察角度的变化,当角度比较多的时候,把一些角看成一个整体,是非常有必要的,比如下面这个例子.
(2022 新高考 II 6) 角 α, β 满足 sin (α + β) + cos (α + β) = 2√(2)cos (α + (π)/(4))sin β, 则 ( ).
A. tan (α + β) = 1 B. tan (α + β) = -1 C. tan (α - β) = 1 D. tan (α - β) = -1
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由辅助角公式可得 √(2)sin (α +β +(π)/(4)) = 2√(2)cos (α +(π)/(4))sin β , 将 α +(π)/(4) 看成一个整体,利用两角和正弦公式可得
sin (α + frac π4) cos β + cos (α + frac π4) sin β = 2 cos (α + frac π4) sin β .等式两边同时除以 cos (α +(π)/(4))cos β ,可得 tan (α +(π)/(4)) = tan β ,所以 α +(π)/(4) = β +kπ ,k∈ ℤ, 即 α -β = -(π)/(4) +kπ ,k∈ ℤ, 从而 tan (α -β) = tan (-(π)/(4)) = -1, 故选D.
(2022 浙江 13)若 3sinα - sinβ = √(10), α + β = (π)/(2) ,则 sinα = ____ .
辅助角公式的作用是非常大的,是把两个不同名的三角函数化成同一三角函数的重要手段.而给角求值问题更是把辅助角公式的应用进一步进行了升华.下面通过例子来说明:
fraccos 10^(circ)(1 + √(3)tan 10^(circ))cos 50^(circ) = underline .
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fraccos 10^(circ)(1 + √(3) tan 10^(circ))cos 50^(circ) = fraccos 10^(circ) + √(3) sin 10^(circ)cos 50^(circ) = frac2 sin(10^(circ) + 30^(circ))cos 50^(circ) = frac2 sin 40^(circ)sin 40^(circ) = 2.
给角求值问题一般给出的角都是非特殊角,要观察所给角与特殊角间的关系,利用三角变换转化为求特殊角的三角函数值问题,另外此类问题也常利用代数变形,比如下面这个例子就需要根据三角函数公式来进行代数变形.
(2022 苏州模考)已知 m sin 20^(circ) + tan 20^(circ) = √(3) ,则 m = ( ) .
A. √(3) B. 2 C. 4 D. 8
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要求 m 的值,需先分离出 m,即 m = frac√(3) - tan 20^(circ)sin 20^(circ).分式中既含有正切又含有正弦,因此考虑切化弦,即
m = frac sqrt 3 - frac sin 2 0 ^ circcos 2 0 ^ circsin 2 0 ^ circ = frac sqrt 3 cos 2 0 ^ circ - sin 2 0 ^ circsin 2 0 ^ circ cos 2 0 ^ circ = - frac sin 2 0 ^ circ - sqrt 3 cos 2 0 ^ circsin 2 0 ^ circ cos 2 0 ^ circ = - frac 2 sin (2 0 ^ circ - 6 0 ^ circ)frac 12 sin 4 0 ^ circ = 4.故选 C.
给角求值问题我们需要利用辅助角公式来合角。但有时候需要拆角,即一个角拆分成两个角,那么拆角是不是随意拆分呢?当然不是,拆角必须跟已知角有直接的关联。
(2013 重庆理 9) 4 cos 50^(circ) - tan 40^(circ) = ( ) .
A. √(2) B. (√(2)+√(3))/(2) C. √(3) D. 2√(2)-1
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式 4cos 50^(circ) - tan 40^(circ) 中含有弦与切,弦切互化,异名化同名,异角化同角,这是处理恒等变形最先考虑的.本例题一开始就是切化弦,即 4cos 50^(circ) - tan 40^(circ) = frac4cos 50^(circ)cos 40^(circ) - sin 40^(circ)cos 40^(circ).因为 cos 50^(circ) = sin 40^(circ),所以
4 cos 5 0 ^ circ - tan 4 0 ^ circ = frac 4 sin 4 0 ^ circ cos 4 0 ^ circ - sin 4 0 ^ circcos 4 0 ^ circ = frac 2 sin 8 0 ^ circ - sin 4 0 ^ circcos 4 0 ^ circ.分子中的 2sin 80^(circ) - sin 40^(circ) 无法直接用辅助角公式,否则不能消去分母.故考虑把 80^(circ) 与 40^(circ) 进行拆分,考虑 80^(circ) = 60^(circ) + 20^(circ), 40^(circ) = 60^(circ) - 20^(circ),于是
r l 4 cos 5 0 ^ circ - tan 4 0 ^ circ & = frac 2 sin (6 0 ^ circ + 2 0 ^ circ) - sin (6 0 ^ circ - 2 0 ^ circ)cos 4 0 ^ circ & = frac frac 32 sin 2 0 ^ circ + frac sqrt 32 cos 2 0 ^ circcos 4 0 ^ circ = frac sqrt 3 sin 5 0 ^ circcos 4 0 ^ circ = frac sqrt 3 cos 4 0 ^ circcos 4 0 ^ circ = sqrt 3.故选C.
我们一定要把 80^(circ) 拆分成 60^(circ) 与 20^(circ) 之和吗?当然不是,我们还可以把 80^(circ) 写成 80^(circ) = 50^(circ) + 30^(circ) ,那么此时 40^(circ) 需要拆开吗?不需要,因为 40^(circ) 与 50^(circ) 是互余的,所以
r l 4 cos 5 0 ^ circ - tan 4 0 ^ circ & = frac 2 sin (5 0 ^ circ + 3 0 ^ circ) - sin 4 0 ^ circcos 4 0 ^ circ & = frac sqrt 3 sin 5 0 ^ circ + cos 5 0 ^ circ - sin 4 0 ^ circcos 4 0 ^ circ = frac sqrt 3 sin 5 0 ^ circcos 4 0 ^ circ = sqrt 3.(2023 湖北模考) 若 sin10^(circ)=(√(3)tan10^(circ)-1)sin(α-20^(circ)) ,则 sin(2α+50^(circ))= ( ).
A. 1/8 B. -1/8 C. -7/8 D. 7/8