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高中数学_三角函数知识点留档

高中数学三角函数知识点留档

首先感谢我的数学老师

【清单01】任意角、弧度制

一、角的概念

角可以看成平面内一条射线绕着它的端点旋转所成的图形

二、角的分类

分类依据具体类型
按旋转方向按逆时针方向旋转形成的角:正角
按顺时针方向旋转形成的角:负角
不做任何旋转形成的角:零角
按终边位置:象限角与轴线角把角放在平面直角坐标系中,使角的顶点与原点重合,角的始边与x轴的非负半轴重合,那么,角的终边在第几象限,就说这个角是第几象限角。
如果角的终边在坐标轴上,就认为这个角不属于任何一个象限,是轴线角
象限角集合(弧度制)
象限角角的集合用弧度制表示
第一象限角{α∣2kπ<α<π2+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid 2k\pi < \alpha < \frac{\pi}{2}+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
第二象限角{α∣π2+2kπ<α<π+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \frac{\pi}{2}+2k\pi < \alpha < \pi+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
第三象限角{α∣π+2kπ<α<3π2+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \pi+2k\pi < \alpha < \frac{3\pi}{2}+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
第四象限角{α∣3π2+2kπ<α<2π+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \frac{3\pi}{2}+2k\pi < \alpha < 2\pi+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
Note

第四象限角也可以写成:{α∣−π2+2kπ<α<2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid -\frac{\pi}{2}+2k\pi < \alpha < 2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}

轴线角集合
角的终边的位置角的集合表示
终边落在xx轴的非负半轴上{α∣α=2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
终边落在xx轴的非正半轴上{α∣α=π+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=\pi+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
终边落在xx轴上{α∣α=kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
终边落在yy轴的非负半轴上{α∣α=π2+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=\frac{\pi}{2}+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
终边落在yy轴的非正半轴上{α∣α=3π2+2kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=\frac{3\pi}{2}+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
终边落在yy轴上{α∣α=π2+kπ,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=\frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
终边落在坐标轴上{α∣α=kπ2,  k∈Z}\{\alpha \mid \alpha=\frac{k\pi}{2},\;k\in\mathbb{Z}\}

三、终边相同的角

所有与角α\alpha终边相同的角,连同角α\alpha在内,可构成一个集合 S={β∣β=α+2kπ,  k∈Z}S=\{\boldsymbol{\beta \mid \beta=\alpha+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}}\}

  • 终边相同的角的集合:α+2kπ,  k∈Z\alpha+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}
  • 终边在一条直线上的角的集合:α+kπ,  k∈Z\alpha+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}
  • 终边相互垂直的角的集合:α+kπ2,  k∈Z\alpha+\frac{k\pi}{2},\;k\in\mathbb{Z}
Important
  • 区分:锐角,小于90°的角,第一象限角
  • 钟表走过的角都是负角
  • 判断角所在的象限:化正,化小,化锐
  • 终边共直线,加上 kπk\pi ;终边共射线,加上 2kπ2k\pi

四、弧度制

(1) 定义:以弧度作为单位来度量角的单位制

(2) 1弧度的角:长度等于半径的圆弧所对的圆心角,记作 1 rad,rad 可省略不写

五、角度与弧度的互化

180∘=π rad180^\circ=\boldsymbol{\pi}\ \text{rad}

1∘=π180 rad≈0.01745 rad1^\circ=\boldsymbol{\frac{\pi}{180}}\ \text{rad} \approx 0.01745\ \text{rad}

1 rad=(180π)∘≈57.3∘1\ \text{rad}=\left(\frac{180}{\pi}\right)^\circ \approx \boldsymbol{57.3^\circ}

六、弧度制下的弧长与扇形面积公式

设扇形的半径为RR,弧长为ll,α(0<α<2π)\alpha(0<\alpha<2\pi)为其圆心角

则

(1) 弧长公式:l=α⋅Rl=\boldsymbol{\alpha \cdot R}

(2) 扇形面积公式:S=12l⋅R=12α⋅R2S=\boldsymbol{\frac{1}{2} l \cdot R} = \boldsymbol{\frac{1}{2} \alpha \cdot R^2}

Warning

角度与弧度不能混用。

七、αn\boldsymbol{\frac{\alpha}{n}} 终边所在象限

边所在象限图

α\alpha第一象限第二象限第三象限第四象限
α2\frac{\alpha}{2}一、三一、三二、四二、四
α3\frac{\alpha}{3}一、二、三一、二、四一、三、四二、三、四

【清单02】三角函数的概念

一、任意角的三角函数的定义

  1. 设α\alpha是一个任意角,α∈R\alpha \in \mathbb{R},它的终边OPOP与单位圆相交于点P(x,y)P(x,y)

则

sin⁡α=y\sin\alpha = \boldsymbol{y};cos⁡α=x\cos\alpha = \boldsymbol{x};tan⁡α=yx  (x≠0)\tan\alpha = \boldsymbol{\frac{y}{x}}\;(x \neq 0)

  1. 定义的推广:

设α\alpha是一个任意角,它的终边上任意一点PP(不与原点OO重合)的坐标为(x,y)(x,y),点PP与原点的距离为rr,则:

sin⁡α=yr\sin\alpha = \boldsymbol{\frac{y}{r}};cos⁡α=xr\cos\alpha = \boldsymbol{\frac{x}{r}};tan⁡α=yx  (x≠0)\tan\alpha = \boldsymbol{\frac{y}{x}}\;(x \neq 0)

sec⁡α=rx\sec\alpha = \boldsymbol{\frac{r}{x}};csc⁡α=ry\csc\alpha = \boldsymbol{\frac{r}{y}};cot⁡α=xy\cot\alpha = \boldsymbol{\frac{x}{y}}

Note
  • r=x2+y2r=\sqrt{x^2+y^2}
  • 三角函数值与终边上点的位置无关,与终边的位置有关
  1. 当0<α<π20 < \alpha < \frac{\pi}{2}时,sin⁡α<α<tan⁡α\sin\alpha < \alpha < \tan\alpha

二、正弦、余弦、正切函数值在各象限内的符号

  1. sin⁡α>0\sin\alpha > 0时,α\alpha终边所在位置:第一、二象限及yy轴的非负半轴

cos⁡α>0\cos\alpha > 0时,α\alpha终边所在位置:第一、四象限及xx轴的非负半轴

tan⁡α>0\tan\alpha > 0时,α\alpha终边所在位置:第一、三象限

Note

类似“才”字。 三角函数正负图

  1. sin⁡α−cos⁡α>0\sin\alpha - \cos\alpha > 0时,α\alpha终边所在位置:y=xy=x直线上方

sin⁡α+cos⁡α>0\sin\alpha + \cos\alpha > 0时,α\alpha终边所在位置:y=−xy=-x直线上方

证明:

  • sin⁡α+cos⁡α=2sin⁡(α+π4)>0  ⟹  sin⁡(α+π4)>0\sin\alpha + \cos\alpha = \sqrt{2}\sin\left(\alpha+\frac{\pi}{4}\right) > 0 \implies \sin\left(\alpha+\frac{\pi}{4}\right) > 0   ⟹  2kπ<α+π4<π+2kπ  ⟹  −π4+2kπ<α<3π4+2kπ,  k∈Z\implies 2k\pi < \alpha+\frac{\pi}{4} < \pi+2k\pi \implies -\frac{\pi}{4}+2k\pi < \alpha < \frac{3\pi}{4}+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}
  • sin⁡α−cos⁡α=2sin⁡(α−π4)>0  ⟹  sin⁡(α−π4)>0\sin\alpha - \cos\alpha = \sqrt{2}\sin\left(\alpha-\frac{\pi}{4}\right) > 0 \implies \sin\left(\alpha-\frac{\pi}{4}\right) > 0   ⟹  2kπ<α−π4<π+2kπ  ⟹  π4+2kπ<α<5π4+2kπ,  k∈Z\implies 2k\pi < \alpha-\frac{\pi}{4} < \pi+2k\pi \implies \frac{\pi}{4}+2k\pi < \alpha < \frac{5\pi}{4}+2k\pi,\;k\in\mathbb{Z}
  1. 三角函数线 三角函数线

描述:设任意角α\alpha的终边与单位圆交于PP,过PP作xx轴的垂线,垂足为MM,则有向线段 OMOM为α\alpha的余弦线,有向线段 MPMP为α\alpha的正弦线。

设单位圆交xx轴正半轴于AA,过AA作单位圆的切线,α\alpha的终边或其延长线交切线于TT,则有向线段 ATAT为α\alpha的正切线。

※ 当 x∈(0,  π2)x \in \left(0,\;\frac{\pi}{2}\right) 时:

sin⁡x<x<tan⁡x\sin x < x < \tan x

0<1−cos⁡x<x220 < 1-\cos x < \frac{x^2}{2}

三、特殊角的三角函数值

弧度00π6\frac{\pi}{6}π4\frac{\pi}{4}π3\frac{\pi}{3}π2\frac{\pi}{2}2π3\frac{2\pi}{3}3π4\frac{3\pi}{4}5π6\frac{5\pi}{6}π\pi7π12\frac{7\pi}{12}5π12\frac{5\pi}{12}
sin⁡α\sin\alpha0012\frac{1}{2}22\frac{\sqrt{2}}{2}32\frac{\sqrt{3}}{2}1132\frac{\sqrt{3}}{2}22\frac{\sqrt{2}}{2}12\frac{1}{2}006+24\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4}6+24\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4}
cos⁡α\cos\alpha1132\frac{\sqrt{3}}{2}22\frac{\sqrt{2}}{2}12\frac{1}{2}00−12-\frac{1}{2}−22-\frac{\sqrt{2}}{2}−32-\frac{\sqrt{3}}{2}−1-12−64\frac{\sqrt{2}-\sqrt{6}}{4}6−24\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}
tan⁡α\tan\alpha0033\frac{\sqrt{3}}{3}113\sqrt{3}不存在−3-\sqrt{3}−1-1−33-\frac{\sqrt{3}}{3}002−32-\sqrt{3}2+32+\sqrt{3}

四、同角三角函数的基本关系式

  1. 平方关系: sin⁡2α+cos⁡2α=1\boldsymbol{\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1}、1+tan⁡2α=sec⁡2α\boldsymbol{1+\tan^2\alpha = \sec^2\alpha}、1+cot⁡2α=csc⁡2α\boldsymbol{1+\cot^2\alpha = \csc^2\alpha}

  2. 商数关系: tan⁡α=sin⁡αcos⁡α  (α≠π2+kπ,  k∈Z)\boldsymbol{\tan\alpha = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}\;\left(\alpha \neq \frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\right)}

sec⁡α=1cos⁡α\sec\alpha = \boldsymbol{\frac{1}{\cos\alpha}}、csc⁡α=1sin⁡α\csc\alpha = \boldsymbol{\frac{1}{\sin\alpha}}

常见变形: ① (sin⁡θ±cos⁡θ)2=1±2sin⁡θcos⁡θ=1±sin⁡2θ(\sin\theta \pm \cos\theta)^2 = 1 \pm 2\sin\theta\cos\theta = 1 \pm \sin2\theta

② sin⁡4θ+cos⁡4θ=(sin⁡2θ+cos⁡2θ)2−2sin⁡2θcos⁡2θ=1−12sin⁡22θ\sin^4\theta + \cos^4\theta = (\sin^2\theta+\cos^2\theta)^2 - 2\sin^2\theta\cos^2\theta = 1 - \frac{1}{2}\sin^22\theta

③ (sin⁡α+cos⁡α)2+(sin⁡α−cos⁡α)2=2(\sin\alpha + \cos\alpha)^2 + (\sin\alpha - \cos\alpha)^2 = 2

五、诱导公式口诀

奇变偶不变,符号看象限。

Note
  • 奇偶指的是 π2\frac{\pi}{2} 的倍数
  • 符号是看变形前三角函数所在象限正负
  • 不论 α\alpha 为多少,都看作正角
Tip

熟记:

  • sin⁡(−α)=−sin⁡α\sin(-\alpha) = -\sin\alpha
  • cos⁡(−α)=cos⁡α\cos(-\alpha) = \cos\alpha
  • tan⁡(−α)=−tan⁡α\tan(-\alpha) = -\tan\alpha
  • sin⁡(π−α)=sin⁡α\sin(\pi - \alpha) = \sin\alpha
  • cos⁡(π−α)=−cos⁡α\cos(\pi - \alpha) = -\cos\alpha
  • sin⁡(π2±α)=cos⁡α\sin(\frac{\pi}{2} \pm \alpha) = \cos\alpha

【清单03】三角恒等变换

①和与差公式

{sin⁡(α±β)=sin⁡αcos⁡β±cos⁡αsin⁡βcos⁡(α±β)=cos⁡αcos⁡β∓sin⁡αsin⁡βtan⁡(α+β)=tan⁡α+tan⁡β1−tan⁡αtan⁡βtan⁡(α−β)=tan⁡α−tan⁡β1+tan⁡αtan⁡β\begin{cases} \sin(\alpha \pm \beta) = \sin\alpha\cos\beta \pm \cos\alpha\sin\beta \\ \cos(\alpha \pm \beta) = \cos\alpha\cos\beta \mp \sin\alpha\sin\beta \\ \tan(\alpha + \beta) = \dfrac{\tan\alpha + \tan\beta}{1 - \tan\alpha\tan\beta} \\ \tan(\alpha - \beta) = \dfrac{\tan\alpha - \tan\beta}{1 + \tan\alpha\tan\beta} \end{cases}

变形: tan⁡α+tan⁡β=tan⁡(α+β)−tan⁡αtan⁡βtan⁡(α+β)=tan⁡(α+β)(1−tan⁡αtan⁡β)\tan\alpha + \tan\beta = \tan(\alpha+\beta) - \tan\alpha\tan\beta\tan(\alpha+\beta) = \tan(\alpha+\beta)(1 - \tan\alpha\tan\beta)

②倍角公式

{sin⁡2α=2sin⁡αcos⁡αcos⁡2α=cos⁡2α−sin⁡2α=2cos⁡2α−1=1−2sin⁡2αtan⁡2α=2tan⁡α1−tan⁡2α\begin{cases} \sin2\alpha = \boldsymbol{2\sin\alpha\cos\alpha} \\ \cos2\alpha = \boldsymbol{\cos^2\alpha - \sin^2\alpha = 2\cos^2\alpha - 1 = 1 - 2\sin^2\alpha} \\ \tan2\alpha = \boldsymbol{\dfrac{2\tan\alpha}{1 - \tan^2\alpha}} \end{cases}

③降幂公式

cos⁡2α=1+cos⁡2α2\cos^2\alpha = \boldsymbol{\dfrac{1+\cos2\alpha}{2}}

sin⁡2α=1−cos⁡2α2\sin^2\alpha = \boldsymbol{\dfrac{1-\cos2\alpha}{2}}

④升幂公式

(1+sin⁡2α)=(sin⁡α+cos⁡α)2(1+\sin2\alpha) = \boldsymbol{(\sin\alpha+\cos\alpha)^2},1−sin⁡2α=(sin⁡α−cos⁡α)21-\sin2\alpha = \boldsymbol{(\sin\alpha-\cos\alpha)^2}

1+cos⁡2α=2cos⁡2α1+\cos2\alpha = \boldsymbol{2\cos^2\alpha},1−cos⁡2α=2sin⁡2α1-\cos2\alpha = \boldsymbol{2\sin^2\alpha}

⑤半角公式

{sin⁡α2=±1−cos⁡α2,  cos⁡α2=±1+cos⁡α2tan⁡α2=±1−cos⁡α1+cos⁡α=sin⁡α1+cos⁡α=1−cos⁡αsin⁡α\begin{cases} \sin\dfrac{\alpha}{2} = \pm\sqrt{\dfrac{1-\cos\alpha}{2}},\; \cos\dfrac{\alpha}{2} = \pm\sqrt{\dfrac{1+\cos\alpha}{2}} \\ \tan\dfrac{\alpha}{2} = \pm\sqrt{\dfrac{1-\cos\alpha}{1+\cos\alpha}} = \boldsymbol{\dfrac{\sin\alpha}{1+\cos\alpha}} = \boldsymbol{\dfrac{1-\cos\alpha}{\sin\alpha}} \end{cases}

⑥积化和差

{sin⁡αcos⁡β=12[sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)]cos⁡αsin⁡β=12[sin⁡(α+β)−sin⁡(α−β)]cos⁡αcos⁡β=12[cos⁡(α+β)+cos⁡(α−β)]sin⁡αsin⁡β=−12[cos⁡(α+β)−cos⁡(α−β)]\begin{cases} \sin\alpha\cos\beta = \dfrac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)+\sin(\alpha-\beta)] \\ \cos\alpha\sin\beta = \dfrac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta)-\sin(\alpha-\beta)] \\ \cos\alpha\cos\beta = \dfrac{1}{2}[\cos(\alpha+\beta)+\cos(\alpha-\beta)] \\ \sin\alpha\sin\beta = -\dfrac{1}{2}[\cos(\alpha+\beta)-\cos(\alpha-\beta)] \end{cases}
Tip

前半加,后半减;和半差半,sin⁡sin⁡\sin\sin 把负号添

⑦和差化积

{sin⁡θ+sin⁡φ=2sin⁡θ+φ2cos⁡θ−φ2sin⁡θ−sin⁡φ=2cos⁡θ+φ2sin⁡θ−φ2cos⁡θ+cos⁡φ=2cos⁡θ+φ2cos⁡θ−φ2cos⁡θ−cos⁡φ=−2sin⁡θ+φ2sin⁡θ−φ2\begin{cases} \sin\theta+\sin\varphi = 2\sin\dfrac{\theta+\varphi}{2}\cos\dfrac{\theta-\varphi}{2} \\ \sin\theta-\sin\varphi = 2\cos\dfrac{\theta+\varphi}{2}\sin\dfrac{\theta-\varphi}{2} \\ \cos\theta+\cos\varphi = 2\cos\dfrac{\theta+\varphi}{2}\cos\dfrac{\theta-\varphi}{2} \\ \cos\theta-\cos\varphi = -2\sin\dfrac{\theta+\varphi}{2}\sin\dfrac{\theta-\varphi}{2} \end{cases}
Tip

相加2倍前,相减2倍后;角和半差半,cos⁡−cos⁡\cos-\cos 把负号添

⑧辅助角公式

① asin⁡x+bcos⁡x=a2+b2sin⁡(x+φ)  (ab≠0)a\sin x + b\cos x = \boldsymbol{\sqrt{a^2+b^2}\sin(x+\varphi)}\;(ab\neq0) 其中 tan⁡φ=ba\tan\varphi = \dfrac{b}{a},sin⁡φ=ba2+b2\sin\varphi = \dfrac{b}{\sqrt{a^2+b^2}},cos⁡φ=aa2+b2\cos\varphi = \dfrac{a}{\sqrt{a^2+b^2}},φ\varphi 所在象限由 aa 和 bb 的符号确定

② asin⁡x+bcos⁡x=a2+b2cos⁡(x−φ)  (ab≠0)a\sin x + b\cos x = \boldsymbol{\sqrt{a^2+b^2}\cos(x-\varphi)}\;(ab\neq0) 其中 tan⁡φ=ab\tan\varphi = \dfrac{a}{b},sin⁡φ=aa2+b2\sin\varphi = \dfrac{a}{\sqrt{a^2+b^2}},cos⁡φ=ba2+b2\cos\varphi = \dfrac{b}{\sqrt{a^2+b^2}},φ\varphi 所在象限由 aa 和 bb 的符号确定

⑨万能公式

sin⁡α=2tan⁡α21+tan⁡2α2\sin\alpha = \boldsymbol{\dfrac{2\tan\dfrac{\alpha}{2}}{1+\tan^2\dfrac{\alpha}{2}}} cos⁡α=1−tan⁡2α21+tan⁡2α2\cos\alpha = \boldsymbol{\dfrac{1-\tan^2\dfrac{\alpha}{2}}{1+\tan^2\dfrac{\alpha}{2}}} tan⁡α=2tan⁡α21−tan⁡2α2\tan\alpha = \boldsymbol{\dfrac{2\tan\dfrac{\alpha}{2}}{1-\tan^2\dfrac{\alpha}{2}}}

⑩化简,求值,求角常用方法

  1. 齐次式(已知 tan⁡α\tan \alpha),整式要化成 sin⁡2α+cos⁡2α=1\boldsymbol{\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1} 的分式
  2. sin⁡α+cos⁡α\sin\alpha + \cos\alpha , sin⁡α−cos⁡α\sin\alpha - \cos\alpha , sin⁡α×cos⁡α\sin\alpha × \cos\alpha 出现时常用平方组
  3. 切化弦
  4. “1”的代换: sin⁡2α+cos⁡2α=1\boldsymbol{\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1} , tan⁡π4=1\tan\frac{\pi}{4} = 1
  5. 拆角:将所求角拆为已知角与特殊角
  6. 升降幂
  7. tan⁡α+tan⁡β\tan\alpha + \tan\beta , tan⁡α×tan⁡β\tan\alpha × \tan\beta 同时出现,先写 tan⁡(α+β)\tan(\alpha + \beta) 公式,再观察花间
  8. cos⁡α×cos⁡2α×cos⁡4α×cos⁡8α\cos\alpha × \cos 2\alpha × \cos 4\alpha × \cos 8\alpha 配 sin⁡α\sin\alpha 点鞭炮
Important
  • 求值求角先求范围
  • 开方注意正负,判断角的范围
  • 熟记:1±sin⁡α=sin⁡α±cos⁡α\sqrt{1 \pm \sin \alpha} = \sin \alpha \pm \cos \alpha , 1+cos⁡α=2∣cos⁡α∣\sqrt{1 + \cos \alpha} = \sqrt{2}|\cos \alpha| , 1−cos⁡α=2∣sin⁡α∣\sqrt{1 - \cos \alpha} = \sqrt{2}|\sin \alpha|
  • 范围判断法: sin⁡α\sin\alpha , cos⁡α\cos\alpha 的正负,三角函数线,三角函数图像,sin⁡α×cos⁡α\sin\alpha × \cos\alpha 的正负
  • 一名二角三结构:统一函数名,统一角,统一结构,便于后续化简

【清单04】正弦函数、余弦函数、正切函数的图象与性质

性质正弦函数 y=sin⁡xy=\sin x余弦函数 y=cos⁡xy=\cos x正切函数 y=tan⁡xy=\tan x
图象[正弦曲线图像][余弦曲线图像][正切曲线图像]
定义域R\mathbb{R}R\mathbb{R}{x∣x≠π2+kπ,  k∈Z}\{x \mid x \neq \frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}\}
值域[−1,1][-1,1][−1,1][-1,1]R\mathbb{R}
周期2π2\pi2π2\piπ\pi
奇偶性奇函数偶函数奇函数
增区间[−π2+2kπ,  π2+2kπ],  k∈Z\left[-\frac{\pi}{2}+2k\pi,\;\frac{\pi}{2}+2k\pi\right],\;k\in\mathbb{Z}[−π+2kπ,  2kπ],  k∈Z\left[-\pi+2k\pi,\;2k\pi\right],\;k\in\mathbb{Z}(−π2+kπ,  π2+kπ),  k∈Z\left(-\frac{\pi}{2}+k\pi,\;\frac{\pi}{2}+k\pi\right),\;k\in\mathbb{Z}
减区间[π2+2kπ,  3π2+2kπ],  k∈Z\left[\frac{\pi}{2}+2k\pi,\;\frac{3\pi}{2}+2k\pi\right],\;k\in\mathbb{Z}[2kπ,  π+2kπ],  k∈Z\left[2k\pi,\;\pi+2k\pi\right],\;k\in\mathbb{Z}无
对称中心(kπ,  0),  k∈Z(k\pi,\;0),\;k\in\mathbb{Z}(π2+kπ,  0),  k∈Z\left(\frac{\pi}{2}+k\pi,\;0\right),\;k\in\mathbb{Z}(kπ2,  0),  k∈Z\left(\frac{k\pi}{2},\;0\right),\;k\in\mathbb{Z}
对称轴x=π2+kπ,  k∈Zx=\frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}x=kπ,  k∈Zx=k\pi,\;k\in\mathbb{Z}无
最值点最大值:(π2+2kπ,  1),  k∈Z\left(\frac{\pi}{2}+2k\pi,\;1\right),\;k\in\mathbb{Z}
最小值:(−π2+2kπ,  −1),  k∈Z\left(-\frac{\pi}{2}+2k\pi,\;-1\right),\;k\in\mathbb{Z}
最大值:(2kπ,  1),  k∈Z\left(2k\pi,\;1\right),\;k\in\mathbb{Z}
最小值:(π+2kπ,  −1),  k∈Z\left(\pi+2k\pi,\;-1\right),\;k\in\mathbb{Z}
无最大值、无最小值
渐近线无无x=π2+kπ,  k∈Zx=\frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}

y=Asin⁡(ωx+φ)y=A\sin(\omega x+\varphi) 相关性质

  1. y=Asin⁡(ωx+φ)y=A\sin(\omega x+\varphi) 为奇函数,则 φ=kπ,  k∈Z\varphi = \boldsymbol{k\pi,\;k\in\mathbb{Z}};为偶函数,则 φ=π2+kπ,  k∈Z\varphi = \boldsymbol{\frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}}。 y=Acos⁡(ωx+φ)y=A\cos(\omega x+\varphi) 为奇函数,则 φ=π2+kπ,  k∈Z\varphi = \boldsymbol{\frac{\pi}{2}+k\pi,\;k\in\mathbb{Z}};为偶函数,则 φ=kπ,  k∈Z\varphi = \boldsymbol{k\pi,\;k\in\mathbb{Z}}。

  2. 正弦曲线、余弦曲线相邻两对称中心、相邻两对称轴之间的距离是 12\boldsymbol{\frac{1}{2}} 个周期,相邻的对称中心与对称轴之间的距离是 14\boldsymbol{\frac{1}{4}} 个周期;正切曲线相邻两对称中心之间的距离是 12\boldsymbol{\frac{1}{2}} 个周期。

  3. 由部分图象确定函数 y=Asin⁡(ωx+φ)+By=A\sin(\omega x+\varphi)+B 解析式的方法

A=最大值−最小值2A=\boldsymbol{\dfrac{\text{最大值}-\text{最小值}}{2}},B=最大值+最小值2B=\boldsymbol{\dfrac{\text{最大值}+\text{最小值}}{2}}

  • 若已知五点中的两个特殊点:先根据周期求 ω\boldsymbol{\omega},再整体代换求 φ\boldsymbol{\varphi}(优先代最值点,代零点时需区分上升零点、下降零点)。
  • 若已知五点中的一个特殊点与 yy 轴交点:先根据 yy 轴交点求 φ\boldsymbol{\varphi},再整体代换求 ω\boldsymbol{\omega}(根据周期范围确定 ω\omega)。
  1. 图象变换

法一(先平移后伸缩):

y=sin⁡x→向左平移  φ  个单位长度y=sin⁡(x+φ)→横坐标变为原来的  1ω  倍(纵坐标不变)y=sin⁡(ωx+φ)→纵坐标变为原来的  A  倍(横坐标不变)y=Asin⁡(ωx+φ)→上下平移  B  个单位长度(上加下减)y=Asin⁡(ωx+φ)+B\begin{gather*} y=\sin x \\ \xrightarrow{\text{向左平移}\;\varphi\;\text{个单位长度}} y=\boldsymbol{\sin(x+\varphi)} \\ \xrightarrow{\text{横坐标变为原来的}\;\frac{1}{\omega}\;\text{倍(纵坐标不变)}} y=\sin(\omega x+\varphi) \\ \xrightarrow{\text{纵坐标变为原来的}\;A\;\text{倍(横坐标不变)}} y=A\sin(\omega x+\varphi) \\ \xrightarrow{\text{上下平移}\;B\;\text{个单位长度(上加下减)}} y=A\sin(\omega x+\varphi)+B \end{gather*}
Note

若 φ<0\varphi<0 ,则向右平移 ∣φ∣|\varphi| 个单位长度

法二(先伸缩后平移):

y=sin⁡x→横坐标变为原来的  1ω  倍(纵坐标不变)(ω>0)y=sin⁡ωx→向左平移  φω  个单位长度y=sin⁡(ωx+φ)=sin⁡[ω(x+φω)]→纵坐标变为原来的  A  倍(横坐标不变)y=Asin⁡(ωx+φ)→上下平移  B  个单位长度(上加下减)y=Asin⁡(ωx+φ)+B\begin{gather*} y=\sin x \\ \xrightarrow{\text{横坐标变为原来的}\;\frac{1}{\omega}\;\text{倍(纵坐标不变)(}\omega>0\text{)}} y=\sin\omega x \\ \xrightarrow{\text{向左平移}\;\frac{\varphi}{\omega}\;\text{个单位长度}} y=\sin(\omega x+\varphi)=\boldsymbol{\sin\left[\omega\left(x+\frac{\varphi}{\omega}\right)\right]} \\ \xrightarrow{\text{纵坐标变为原来的}\;A\;\text{倍(横坐标不变)}} y=A\sin(\omega x+\varphi) \\ \xrightarrow{\text{上下平移}\;B\;\text{个单位长度(上加下减)}} y=A\sin(\omega x+\varphi)+B \end{gather*}
Note
  • 若 φ<0\varphi<0 ,则向右平移 ∣φ∣|\varphi| 个单位长度
  • 若 ω<0\omega<0 ,则可用奇偶性先消去负号,再进行变换,最后再换过来
  • 或者可以采用下面这种变换法:
y=sin⁡x→横坐标变为原来的  1ω  倍(纵坐标不变)(ω符号任意)y=sin⁡ωx→向左(φ>0)/右(φ<0)平移  ∣φω∣  个单位长度y=sin⁡(ωx+φ)=sin⁡[ω(x+φω)]→纵坐标变为原来的  A  倍(横坐标不变)y=Asin⁡(ωx+φ)→上下平移  B  个单位长度(上加下减)y=Asin⁡(ωx+φ)+B\begin{gather*} y=\sin x \\ \xrightarrow{\text{横坐标变为原来的}\;\frac{1}{\omega}\;\text{倍(纵坐标不变)(}\omega \text{符号任意)}} y=\sin\omega x \\ \xrightarrow{\text{向左($\varphi>0$)/右($\varphi<0$)平移}\;|\frac{\varphi}{\omega}|\;\text{个单位长度}} y=\sin(\omega x+\varphi)=\boldsymbol{\sin\left[\omega\left(x+\frac{\varphi}{\omega}\right)\right]} \\ \xrightarrow{\text{纵坐标变为原来的}\;A\;\text{倍(横坐标不变)}} y=A\sin(\omega x+\varphi) \\ \xrightarrow{\text{上下平移}\;B\;\text{个单位长度(上加下减)}} y=A\sin(\omega x+\varphi)+B \end{gather*}
  1. y=Asin⁡(ωx+φ)  (A>0,ω>0)y=A\sin(\omega x+\varphi)\;(A>0,\omega>0)
  • 周期:T=2π∣ω∣T=\boldsymbol{\dfrac{2\pi}{|\omega|}}
  • 振幅:A\boldsymbol{A}
  • 频率:f=1T=∣ω∣2πf=\boldsymbol{\dfrac{1}{T}=\dfrac{|\omega|}{2\pi}}
  • 相位:ωx+φ\boldsymbol{\omega x+\varphi}
  • 初相:当 x=0x=0 时的相位,即 φ\varphi
Warning

注意 ω\omega 符号(易错)

  1. 求周期

    • y=Asin⁡(ωx+φ)+By=A\sin(\omega x+\varphi)+B 和 y=Acos⁡(ωx+φ)+By=A\cos(\omega x+\varphi)+B , T=2π∣ω∣T=\boldsymbol{\dfrac{2\pi}{|\omega|}}
    • y=Atan⁡(ωx+φ)+By=A\tan(\omega x+\varphi)+B , T=π∣ω∣T=\boldsymbol{\dfrac{\pi}{|\omega|}}
    • y=∣Asin⁡(ωx+φ)+B∣y=|A\sin(\omega x+\varphi)+B| 和 y=∣Acos⁡(ωx+φ)+B∣y=|A\cos(\omega x+\varphi)+B| , B=0,T=π∣ω∣B = 0 , T=\boldsymbol{\dfrac{\pi}{|\omega|}} ; B≠0,T=2π∣ω∣B ≠ 0 , T=\boldsymbol{\dfrac{2\pi}{|\omega|}}
    • y=∣Atan⁡(ωx+φ)+B∣y=|A\tan(\omega x+\varphi)+B| , T=π∣ω∣T=\boldsymbol{\dfrac{\pi}{|\omega|}}
  2. 求单调性

    • ω>0\boldsymbol{\omega > 0} 时,增区间求法:由 −π2+2kπ≤ωx+φ≤π2+2kπ-\frac{\pi}{2} + 2k\pi \leq \omega x + \varphi \leq \frac{\pi}{2} + 2k\pi ,求出 xx 的范围;
    • 减区间求法:由 π2+2kπ≤ωx+φ≤3π2+2kπ\frac{\pi}{2} + 2k\pi \leq \omega x + \varphi \leq \frac{3\pi}{2} + 2k\pi ,求出 xx 的范围
    • ω<0\boldsymbol{\omega < 0} 时,应先用诱导公式的再按照 ω>0\omega > 0 的方法求单调区间
  3. 对称性

y=Asin⁡(ωx+φ)+By = A\sin(\omega x+\varphi)+B

  • 对称轴:由 ωx+φ=π2+kπ\omega x+\varphi = \boldsymbol{\frac{\pi}{2} + k\pi},k∈Zk\in\mathbb{Z},求出 x=π2−φ+kπωx = \boldsymbol{\frac{\frac{\pi}{2} - \varphi + k\pi}{\omega}}
  • 对称中心:由 ωx+φ=kπ\omega x+\varphi = \boldsymbol{k\pi},k∈Zk\in\mathbb{Z},求出 xx,则对称中心为 (kπ−φω,B)\boldsymbol{\left(\frac{k\pi - \varphi}{\omega}, B\right)}

y=Acos⁡(ωx+φ)+By = A\cos(\omega x+\varphi)+B

  • 对称轴:由 ωx+φ=kπ\omega x+\varphi = \boldsymbol{k\pi},k∈Zk\in\mathbb{Z},求出 x=kπ−φωx = \boldsymbol{\frac{k\pi - \varphi}{\omega}}
  • 对称中心:由 ωx+φ=π2+kπ\omega x+\varphi = \boldsymbol{\frac{\pi}{2} + k\pi},k∈Zk\in\mathbb{Z},求出 xx,则对称中心为 (π2+kπ−φω,B)\boldsymbol{\left(\frac{\frac{\pi}{2} + k\pi - \varphi}{\omega}, B\right)}

y=Atan⁡(ωx+φ)+By = A\tan(\omega x+\varphi)+B

  • 对称中心:由 ωx+φ=kπ2\omega x+\varphi = \boldsymbol{\frac{k\pi}{2}},k∈Zk\in\mathbb{Z},求出 xx,则对称中心为 (kπ2−φω,B)\boldsymbol{\left(\frac{\frac{k\pi}{2} - \varphi}{\omega}, B\right)}
  • 无对称轴

★ 补充

  • 正余弦函数的对称轴为过极值点,垂直 xx 轴的直线,对称中心为函数图像与直线 y=By=B 的交点
  • 正切函数的对称中心有两类:一类是函数图像与直线 y=By=B 的交点,一类是函数的渐近线与直线 y=By=B 的交点
  1. 求值域
  • 化为 y=Asin⁡(ωx+φ)+By = A\sin(\omega x+\varphi)+B,然后由里往外画图像求值域
  • 换元后转化为关于 sin⁡x\sin x 或 cos⁡x\cos x 或 tan⁡x\tan x 的函数 y=f(sin⁡x)y = f(\sin x) 或 y=f(cos⁡x)y = f(\cos x) 或 y=f(tan⁡x)y = f(\tan x) ,在给定区间上求最值
  • 若题中 sin⁡x+cos⁡x\sin x+\cos x、sin⁡x⋅cos⁡x\sin x \cdot \cos x 同时出现,利用 (sin⁡α+cos⁡α)2=1+2sin⁡α⋅cos⁡α(\sin\alpha+\cos\alpha)^2 = 1 + 2\sin\alpha \cdot \cos\alpha,令 t=sin⁡x+cos⁡x=2sin⁡(x+π4)t = \sin x+\cos x = \sqrt{2}\sin\left(x+\frac{\pi}{4}\right) 换元,注意新元的范围
  • 关于 sin⁡x,cos⁡x\sin x,\cos x 齐次式的分式型,用反解+有界性或者数形结合转化为斜率求解
  • 导数法
  • 数形结合

【清单05】△ABC\boldsymbol{\triangle ABC} 常见结论

  1. 在 △ABC\triangle ABC 中
sin⁡(B+C)=sin⁡Acos⁡(B+C)=−cos⁡Atan⁡(B+C)=−tan⁡Asin⁡B+C2=cos⁡A2cos⁡B+C2=sin⁡A2tan⁡A+tan⁡B+tan⁡C=tan⁡Atan⁡Btan⁡C(非直角三角形)\begin{align*} \sin(B+C)&=\boldsymbol{\sin A} \\ \cos(B+C)&=\boldsymbol{-\cos A} \\ \tan(B+C)&=\boldsymbol{-\tan A} \\ \sin\dfrac{B+C}{2}&=\boldsymbol{\cos\dfrac{A}{2}} \\ \cos\dfrac{B+C}{2}&=\boldsymbol{\sin\dfrac{A}{2}} \\ \tan A+\tan B+\tan C&=\boldsymbol{\tan A\tan B\tan C} \quad (\text{非直角三角形}) \end{align*}
  1. 在锐角 △ABC\triangle ABC 中
sin⁡A>cos⁡B,sin⁡A>cos⁡C,sin⁡B>cos⁡A\sin A \boldsymbol{>} \cos B,\quad \sin A \boldsymbol{>} \cos C,\quad \sin B \boldsymbol{>} \cos A

推导:A+B>π2  ⟹  π2>A>π2−B>0A+B>\dfrac{\pi}{2} \implies \dfrac{\pi}{2}>A>\dfrac{\pi}{2}-B>0 因 y=sin⁡xy=\sin x 在 (0,π2)(0,\dfrac{\pi}{2}) 单调递增,故 sin⁡A>sin⁡(π2−B)=cos⁡B\sin A>\sin\left(\dfrac{\pi}{2}-B\right)=\cos B

【清单06】正余弦定理

一、正弦定理

asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R

(RR 为 △ABC\triangle ABC 的外接圆半径)

变式

  • 边化角:a=2Rsin⁡A,  b=2Rsin⁡B,  c=2Rsin⁡Ca = 2R\sin A,\;b = 2R\sin B,\;c = 2R\sin C
  • 角化边:sin⁡A=a2R,  sin⁡B=b2R,  sin⁡C=c2R\sin A = \frac{a}{2R},\;\sin B = \frac{b}{2R},\;\sin C = \frac{c}{2R}
  • a:b:c=sin⁡A:sin⁡B:sin⁡Ca:b:c = \sin A:\sin B:\sin C
  • 在 △ABC\triangle ABC 中,A>B⇔sin⁡A>sin⁡BA > B \Leftrightarrow \sin A > \sin B
  • asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R=a+b+csin⁡A+sin⁡B+sin⁡C\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R = \frac{a+b+c}{\sin A+\sin B+\sin C}
Note

补充等比定理: a1b1=a2b2=a3b3=⋯=anbn=a1+a2+⋯+anb1+b2+⋯+bn\frac{a_1}{b_1} = \frac{a_2}{b_2} = \frac{a_3}{b_3} = \dots = \frac{a_n}{b_n} = \frac{a_1+a_2+\dots+a_n}{b_1+b_2+\dots+b_n}

二、余弦定理

a2=b2+c2−2bccos⁡Ab2=a2+c2−2accos⁡Bc2=a2+b2−2abcos⁡C\begin{align*} a^2 &= b^2 + c^2 - 2bc\cos A \\ b^2 &= a^2 + c^2 - 2ac\cos B \\ c^2 &= a^2 + b^2 - 2ab\cos C \end{align*}

变式: ①

cos⁡A=b2+c2−a22bc,cos⁡B=a2+c2−b22ac,cos⁡C=a2+b2−c22ab\cos A = \frac{b^2 + c^2 - a^2}{2bc},\quad \cos B = \frac{a^2 + c^2 - b^2}{2ac},\quad \cos C = \frac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab}

② 在 △ABC\triangle ABC 中,AA 为最大角,则有:

  • 若 AA 为直角,则 a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2;
  • 若 AA 为锐角,则 a2<b2+c2a^2 < b^2 + c^2;
  • 若 AA 为钝角,则 a2>b2+c2a^2 > b^2 + c^2。

三、三角形面积公式

S=12absin⁡C=12acsin⁡B=12bcsin⁡A=abc4RS = \frac{1}{2}ab\sin C = \frac{1}{2}ac\sin B = \frac{1}{2}bc\sin A = \frac{abc}{4R} (RR 为外接圆半径)

等面积法: S=12ar+12br+12cr⇒S=12r(a+b+c)S = \frac{1}{2}ar + \frac{1}{2}br + \frac{1}{2}cr \Rightarrow S = \frac{1}{2}r(a+b+c) (rr 为 △ABC\triangle ABC 的内切圆半径)

海伦公式: S=p(p−a)(p−b)(p−c),(p=a+b+c2)S = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)},\quad \left(p = \frac{a+b+c}{2}\right)

四、解三角形

(1) 用正弦定理求解时,注意用“大边对大角”检验
(2) 已知两边一夹角,用余弦定理
(3) 已知两角一边,用正弦定理
(4) 已知三边,用余弦定理
(5) 已知两边一对角,判断三角形解的个数的思路与结论

理解记忆,尺规作图,如:已知 aa、bb、AA
① 画出角 AA,量取 AC=bAC = b
②以 CC 为圆心,aa 为半径画圆,与另一边的交点为 BB,交点的个数即为三角形解的个数。

三角形解的个数(以已知 aa、bb 和 AA,解三角形为例)

几何法快速探究如下:

图形关系式解的个数
AA 为锐角①高 h=bsin⁡Ah = b\sin A;②a≥ba \ge ba=bsin⁡Aa = b\sin A 或 a≥ba \ge b一解
bsin⁡A<a<bb\sin A < a < bbsin⁡A<a<bb\sin A < a < b两解
a<bsin⁡Aa < b\sin Aa<bsin⁡Aa < b\sin A无解
AA 为钝角或直角a>ba > ba>ba > b一解
a≤ba \le ba≤ba \le b无解

五、常用知识(在 △ABC\triangle ABC 中)

  1. A+B+C=πA+B+C=\pi(常用于消元)

sin⁡(A+B)=sin⁡C,cos⁡(A+B)=−cos⁡C,tan⁡(A+B)=−tan⁡C,sin⁡A+B2=cos⁡C2,cos⁡A+B2=−sin⁡C2\begin{align*} \sin(A+B) &= \boldsymbol{\sin C}, &\cos(A+B) &= \boldsymbol{-\cos C}, \\ \tan(A+B) &= \boldsymbol{-\tan C}, &\sin\frac{A+B}{2} &= \boldsymbol{\cos\frac{C}{2}}, \\ \cos\frac{A+B}{2} &= \boldsymbol{-\sin\frac{C}{2}} \end{align*}

① sin⁡2A=sin⁡2B⇒A=B\sin2A=\sin2B \Rightarrow A=B 或 A+B=π2A+B=\frac{\pi}{2},所以 △ABC\triangle ABC 为等腰或直角三角形

② cos⁡2A=cos⁡2B⇒A=B\cos2A=\cos2B \Rightarrow A=B,所以 △ABC\triangle ABC 为等腰三角形

③ sin⁡A=sin⁡B⇒A=B\sin A=\sin B \Rightarrow A=B,所以 △ABC\triangle ABC 为等腰三角形

  1. 两边之和大于第三边,两边之差小于第三边

六、边角互化

① 若等式两边是关于边的齐次式,则用 a=2Rsin⁡A,  b=2Rsin⁡B,  c=2Rsin⁡Ca=2R\sin A,\;b=2R\sin B,\;c=2R\sin C 边化角

② 若等式具有余弦定理的形式,则用余弦定理边化角

① 若等式两边为关于角的正弦的齐次式,则用

sin⁡A=a2R,  sin⁡B=b2R,  sin⁡C=c2R\sin A=\frac{a}{2R},\;\sin B=\frac{b}{2R},\;\sin C=\frac{c}{2R}

② 若等式中含有角的余弦,可用余弦定理角化边

  1. 已知 A,  aA,\;a(一边一对角)
  • SS:cos⁡\cos + 基本不等式求最值
  • sin⁡\sin + 消元求范围
  • 周长CC:sin⁡\sin + 消元求范围
  • 画图(小题)
  1. 已知 A,  bA,\;b(一边一邻角)
  • SS:sin⁡\sin + 消元
  • CC:sin⁡\sin + 消元
Warning

3,4记得区分是三角形还是锐角三角形(角的范围不同)