高中数学必修4A任意角的三角函数I.docx

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高中数学必修4A任意角的三角函数I

2019-2020年高中数学必修4（A）任意角的三角函数（I）

教学目标

（1）复习三角函数的定义、定义域与符号；

（2）了解如何利用单位圆有关的有向线段，将任意角的正弦、余弦、正切函数值分别用正弦线、余弦线、正切线表示出来，并能作出三角函数线；

（3）利用三角函数线比较两个同名三角函数值的大小及表示角的范围。

教学重点，难点

（1）三角函数线的探究和作法。

（2）教学过程

一．问题情境

1．情境：

复习：

（提问）

（1）三角函数的定义及定义域：

练习1：

已知角的终边上一点，且，求的值。

解：

由题设知，，所以，得，

从而，解得或．

当时，，

；

当时，，

；

当时，，

．

（2）三角函数的符号：

练习2：

已知且，

（1）求角的集合；

（2）求角终边所在的象限；（3）试判断的符号。

2．问题：

能否用几何元素表示三角函数的值？

例如能否用线段来表示三角函数值？

二．学生活动

引导学生思考：

是否可以在角的终边上取一个特殊的点，使得三角函数值的表达式更简单？

结论：

当点在以原点为圆心，1为半径的圆上时，的函数值分别为点的纵坐标和横坐标。

三．建构数学

1．单位圆：

圆心在圆点，半径等于单位长的圆叫做单位圆。

2．有向线段：

规定了方向（即规定了起点和终点）的线段。

3．有向直线：

规定了正方向的直线。

如坐标轴是有向直线。

4．有向线段的数量：

若有向线段在有向直线上或与有向直线平行，根据有向线段与有向直线方向相同或相反，分别把它们的长度添上正号或负号，这样得到的数叫做有向线段的数量。

记为

规定：

与坐标轴方向一致时为正，与坐标方向相反时为负。

如图：

在轴上有三点，则

5．三角函数线的定义：

设任意角的顶点在原点，始边与轴非负半轴重合，终边与单位圆相交与点，

过作轴的垂线，垂足为；过点作单位圆的切线，它与角的终边或其反向

延

长线交与点.

（Ⅰ）

（Ⅱ）

（Ⅳ）

（Ⅲ）

由四个图看出：

当角的终边不在坐标轴上时，有向线段，于是有

，，

．

我们就分别称有向线段为正弦线、余弦线、正切线。

说明：

①三条有向线段的位置：

正弦线为的终边与单位圆的交点到轴的垂直线段；余弦

线在轴上；正切线在过单位圆与轴正方向的交点的切线上，三条有向线段中两条在单位圆内，一条在单位圆外。

②三条有向线段的方向：

正弦线由垂足指向的终边与单位圆的交点；余弦线由原点指向垂足；正切线由切点指向与的终边的交点。

③三条有向线段的正负：

三条有向线段凡与轴或轴同向的为正值，与轴或轴反向的为负值。

④三条有向线段的书写：

有向线段的起点字母在前，终点字母在后面。

四．数学运用

1．例题：

例1．作出下列各角的正弦线、余弦线、正切线。

（1）；

（2）；（3）；（4）．

解：

图略。

例2．比较下列各组数的大小：

（1）

（2）

（3）（4）

解：

（1）

（2）

（3）（4）

例3．利用单位圆写出符合下列条件的角的范围。

（1）；

（2）；

（3）且；

答案：

（1）

；

（2）

；

（3）；

五．回顾小结：

1．三角函数线的定义；

2．会画任意角的三角函数线；

3．利用单位圆比较三角函数值的大小

六．课外作业：

1．利用余弦线比较的大小；

2．若，则比较、、的大小。

2019-2020年高中数学必修4（A）任意角的三角函数及诱导公式

一．课标要求：

1．任意角、弧度

了解任意角的概念和弧度制，能进行弧度与角度的互化；

2．三角函数

（1）借助单位圆理解任意角三角函数（正弦、余弦、正切）的定义；

（2）借助单位圆中的三角函数线推导出诱导公式（π/2±α,π±α的正弦、余弦、正切）。

二．命题走向

从近几年的新课程高考考卷来看，试题内容主要考察三角函数的图形与性质，但解决这类问题的基础是任意角的三角函数及诱导公式，在处理一些复杂的三角问题时，同角的三角函数的基本关系式是解决问题的关键。

预测xx年高考对本讲的考察是：

1．题型是1道选择题和解答题中小过程；

2．热点内容是三角函数知识的综合应用和实际应用，这也是新课标教材的热点内容。

三．要点精讲

1．任意角的概念

角可以看成平面内一条射线绕着端点从一个位置旋转到另一个位置所成的图形。

一条射线由原来的位置，绕着它的端点按逆时针方向旋转到终止位置，就形成角。

旋转开始时的射线叫做角的始边，叫终边，射线的端点叫做叫的顶点。

为了区别起见，我们规定:

按逆时针方向旋转所形成的角叫正角,按顺时针方向旋转所形成的角叫负角。

如果一条射线没有做任何旋转,我们称它形成了一个零角。

2．终边相同的角、区间角与象限角

角的顶点与原点重合，角的始边与轴的非负半轴重合。

那么，角的终边（除端点外）在第几象限，我们就说这个角是第几象限角。

要特别注意:

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,称为非象限角。

终边相同的角是指与某个角α具有同终边的所有角，它们彼此相差2kπ（k∈Z），即β∈{β|β=2kπ+α，k∈Z}，根据三角函数的定义，终边相同的角的各种三角函数值都相等。

区间角是介于两个角之间的所有角，如α∈{α|≤α≤}=[，]。

3．弧度制

长度等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做1弧度角，记作1，或1弧度，或1（单位可以省略不写）。

角有正负零角之分，它的弧度数也应该有正负零之分，如-π，-2π等等，一般地,正角的弧度数是一个正数，负角的弧度数是一个负数，零角的弧度数是0,角的正负主要由角的旋转方向来决定。

角的弧度数的绝对值是：

，其中，l是圆心角所对的弧长，是半径。

角度制与弧度制的换算主要抓住。

弧度与角度互换公式：

1rad＝°≈57.30°=57°18ˊ、1°＝≈0.01745（rad）。

弧长公式：

（是圆心角的弧度数），

扇形面积公式：

。

4．三角函数定义

在的终边上任取一点,它与原点的距离.过作轴的垂线,垂足为,则线段的长度为,线段的长度为.则；；。

利用单位圆定义任意角的三角函数，设是一个任意角,它的终边与单位圆交于点,那么:

（1）叫做的正弦,记做,即；

（2）叫做的余弦,记做,即；

（3）叫做的正切,记做,即。

5．三角函数线

三角函数线是通过有向线段直观地表示出角的各种三角函数值的一种图示方法。

利用三角函数线在解决比较三角函数值大小、解三角方程及三角不等式等问题时，十分方便。

以坐标原点为圆心，以单位长度1为半径画一个圆，这个圆就叫做单位圆（注意：

这个单位长度不一定就是1厘米或1米）。

当角为第一象限角时，则其终边与单位圆必有一个交点，过点作轴交轴于点，根据三角函数的定义：

；。

我们知道，指标坐标系内点的坐标与坐标轴的方向有关.当角的终边不在坐标轴时,以为始点、为终点，规定：

当线段与轴同向时，的方向为正向，且有正值；当线段与轴反向时，的方向为负向，且有正值；其中为点的横坐标.这样,无论那种情况都有

同理,当角的终边不在轴上时,以为始点、为终点，

规定：

当线段与轴同向时，的方向为正向，且有正值；当线段与轴反向时，的方向为负向，且有正值；其中为点的横坐标。

这样,无论那种情况都有。

像这种被看作带有方向的线段，叫做有向线段。

如上图,过点作单位圆的切线,这条切线必然平行于轴,设它与的终边交于点,请根据正切函数的定义与相似三角形的知识,借助有向线段,我们有

我们把这三条与单位圆有关的有向线段,分别叫做角的正弦线、余弦线、正切线，统称为三角函数线。

6．同角三角函数关系式

使用这组公式进行变形时，经常把“切”、“割”用“弦”表示，即化弦法，这是三角变换非常重要的方法。

几个常用关系式：

sinα+cosα，sinα-cosα，sinα·cosα；（三式之间可以互相表示）

同理可以由sinα－cosα或sinα·cosα推出其余两式。

②．③当时，有。

7．诱导公式

可用十个字概括为“奇变偶不变，符号看象限”。

诱导公式一：

，，其中

诱导公式二：

；

诱导公式三：

；

诱导公式四：

；

诱导公式五：

；

－

sin

－sin

sin

－sin

－sin

sin

cos

cos

cos

－cos

－cos

cos

cos

sin

（1）要化的角的形式为（为常整数）；

（2）记忆方法：

“函数名不变，符号看象限”；

（3）sin（kπ+α）=（－1）ksinα；cos（kπ+α）=（－1）kcosα（k∈Z）；

（4）

；

。

四．典例解析

题型1：

象限角

例1．已知角；

（1）在区间内找出所有与角有相同终边的角；

（2）集合

，

那么两集合的关系是什么？

解析：

（1）所有与角有相同终边的角可表示为：

，

则令

，

得

解得

从而或

代回或

（2）因为

表示的是终边落在四个象限的平分线上的角的集合；而集合

表示终边落在坐标轴或四个象限平分线上的角的集合，从而：

。

点评：

（1）从终边相同的角的表示入手分析问题，先表示出所有与角有相同终边的角，然后列出一个关于的不等式，找出相应的整数，代回求出所求解；

（2）可对整数的奇、偶数情况展开讨论。

例2．（xx全国理，1）若sinθcosθ＞0，则θ在（）

A．第一、二象限B．第一、三象限

C．第一、四象限D．第二、四象限

解析：

答案：

B；∵sinθcosθ＞0，∴sinθ、cosθ同号。

当sinθ＞0，cosθ＞0时，θ在第一象限，当sinθ＜0，cosθ＜0时，θ在第三象限，因此，选B。

例3．（xx春季北京、安徽，8）若A、B是锐角△ABC的两个内角，则点P（cosB－sinA，sinB－cosA）在（）

A.第一象限B.第二象限C.第三象限D.第四象限

答案：

B

解析：

∵A、B是锐角三角形的两个内角，∴A＋B＞90°，∴B＞90°－A，∴cosB＜sinA，sinB＞cosA，故选B。

例4．已知“是第三象限角，则是第几象限角?

解法一：

因为是第三象限角，所以

，

∴

，

∴当k=3m（m∈Z）时，为第一象限角；

当k=3m＋1（m∈Z）时，为第三象限角，

当k=3m＋2（m∈Z）时，为第四象限角，

故为第一、三、四象限角。

解法二：

把各象限均分3等份，再从x轴的正向的上方起依次将各区域标上I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，并依次循环一周，则原来是第Ⅲ象限的符号所表示的区域即为的终边所在的区域。

由图可知，是第一、三、四象限角。

点评：

已知角的范围或所在的象限，求所在的象限是常考题之一，一般解法有直接法和几何法，其中几何法具体操作如下：

把各象限均分n等份，再从x轴的正向的上方起，依次将各区域标上I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，并循环一周，则原来是第几象限的符号所表示的区域即为（n∈N*）的终边所在的区域。

题型2：

三角函数定义

例5．已知角的终边过点，求的四个三角函数值。

解析：

因为过点，所以，。

当

；

，。

当

，

；。

例6．已知角的终边上一点，且，求的值。

解析：

由题设知，，所以，

得，

从而，

解得或。

当时，，

；

当时，，

；

当时，，

。

题型3：

诱导公式

例7．（xx全国文，1）tan300°+的值是（）

A．1＋B．1－C．－1－D．－1＋

解析：

答案：

Btan300°＋＝tan（360°－60°）＋＝－tan60°＋＝1－。

例8．化简：

（1）

；

（2）

。

解析：

（1）原式

；

（2）①当时，原式

。

②当时，原式

。

点评：

关键抓住题中的整数是表示的整数倍与公式一中的整数有区别，所以必须把分成奇数和偶数两种类型，分别加以讨论。

题型4：

同角三角函数的基本关系式

例9．已知

，试确定使等式成立的角的集合。

解析：

∵

，

===。

又∵

，

∴，

即得或

所以，角的集合为：

或

。

例10．

（1）证明：

；

（2）求证：

。

解析：

（1）分析：

证明此恒等式可采取常用方法，也可以运用分析法，即要证，只要证A·D=B·C,从而将分式化为整式

证法一：

右边=

=

=

证法二：

要证等式，即为

只要证2（）（）=

即证：

，

即1=，显然成立，

故原式得证。

点评：

在进行三角函数的化简和三角恒等式的证明时，需要仔细观察题目的特征，灵活、恰当地选择公式，利用倒数关系比常规的“化切为弦”要简洁得多。

（2）同角三角函数的基本关系式有三种，即平方关系、商的关系、倒数关系。

（2）证法一：

由题义知，所以。

∴左边=

右边。

∴原式成立。

证法二：

由题义知，所以。

又∵

，

∴。

证法三：

由题义知，所以。

，

∴。

点评：

证明恒等式的过程就是分析、转化、消去等式两边差异来促成统一的过程，证明时常用的方法有：

（1）从一边开始，证明它等于另一边（如例5的证法一）；

（2）证明左右两边同等于同一个式子（如例6）；（3）证明与原式等价的另一个式子成立，从而推出原式成立。

五．思维总结

1．几种终边在特殊位置时对应角的集合为：

角的终边所在位置

角的集合

X轴正半轴

Y轴正半轴

X轴负半轴

Y轴负半轴

X轴

Y轴

坐标轴

2．α、、2α之间的关系。

若α终边在第一象限则终边在第一或第三象限；2α终边在第一或第二象限或y轴正半轴。

若α终边在第二象限则终边在第一或第三象限；2α终边在第三或第四象限或y轴负半轴。

若α终边在第三象限则终边在第二或第四象限；2α终边在第一或第二象限或y轴正半轴。

若α终边在第四象限则终边在第二或第四象限；2α终边在第三或第四象限或y轴负半轴。

3．任意角的概念的意义，任意角的三角函数的定义，同角间的三角函数基本关系、诱导公式由于本重点是任意角的三角函数角的基础，因而三学习本节内容时要注意如下几点：

（1）熟练地掌握常用的方法与技巧，在使用三角代换求解有关问题时要注意有关范围的限制；

（2）要注意差异分析，又要活用公式，要善于瞄准解题目标进行有效的变形，其解题一般思维模式为：

发现差异，寻找联系，合理转化。

只有这样才能在高考中夺得高分。

三角函数的值与点在终边上的位置无关，仅与角的大小有关.我们只需计算点到原点的距离,那么,,。

所以，三角函数是以为自变量,以单位圆上点的坐标或坐标的比值为函数值的函数，又因为角的集合与实数集之间可以建立一一对应关系，故三角函数也可以看成实数为自变量的函数。

4．运用同角三角函数关系式化简、证明

常用的变形措施有：

大角化小，切割化弦等，应用“弦化切”的技巧，即分子、分母同除以一个不为零的，得到一个只含的教简单的三角函数式。