2015届高考数学二轮专题训练:专题三 第2讲 三角变换与解三角形
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第2讲 三角变换与解三角形考情解读 1.高考中常考查三角恒等变换有关公式的变形使用,常和同角三角函数的关系、诱导公式结合.2.利用正弦定理或余弦定理解三角形或判断三角形的形状、求值等,经常和三角恒等变换结合进行综合考查.1.两角和与差的正弦、余弦、正切公式 (1)sin(α±β)=sin αcos β±cos αsin β. (2)cos(α±β)=cos αcos β∓sin αsin β. (3)tan(α±β)=tan α±tan β1∓tan αtan β.2.二倍角的正弦、余弦、正切公式 (1)sin 2α=2sin αcos α.(2)cos 2α=cos 2α-sin 2α=2cos 2α-1=1-2sin 2α. (3)tan 2α=2tan α1-tan 2α.3.三角恒等式的证明方法(1)从等式的一边推导变形到另一边,一般是化繁为简. (2)等式的两边同时变形为同一个式子. (3)将式子变形后再证明. 4.正弦定理a sin A =b sin B =c sin C=2R (2R 为△ABC 外接圆的直径). 变形:a =2R sin A ,b =2R sin B ,c =2R sin C . sin A =a 2R ,sin B =b 2R ,sin C =c2R .a ∶b ∶c =sin A ∶sin B ∶sin C . 5.余弦定理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 .推论:cos A =b 2+c 2-a 22bc ,cos B =a 2+c 2-b 22ac ,cos C =a 2+b 2-c 22ab .变形:b 2+c 2-a 2=2bc cos A ,a 2+c 2-b 2=2ac cos B ,a 2+b 2-c 2=2ab cos C . 6.面积公式S △ABC =12bc sin A =12ac sin B =12ab sin C .7.解三角形(1)已知两角及一边,利用正弦定理求解.(2)已知两边及一边的对角,利用正弦定理或余弦定理求解,解的情况可能不唯一. (3)已知两边及其夹角,利用余弦定理求解. (4)已知三边,利用余弦定理求解.热点一 三角变换例1 (1)已知sin(α+π3)+sin α=-435,-π2<α<0,则cos(α+2π3)等于( )A .-45B .-35C.45D.35(2)(2014·课标全国Ⅰ)设α∈(0,π2),β∈(0,π2),且tan α=1+sin βcos β,则( )A .3α-β=π2B .2α-β=π2C .3α+β=π2D .2α+β=π2思维启迪 (1)利用和角公式化简已知式子,和cos(α+23π)进行比较.(2)先对已知式子进行变形,得三角函数值的式子,再利用范围探求角的关系. 答案 (1)C (2)B解析 (1)∵sin(α+π3)+sin α=-435,-π2<α<0,∴32sin α+32cos α=-435, ∴32sin α+12cos α=-45, ∴cos(α+2π3)=cos αcos 2π3-sin αsin 2π3=-12cos α-32sin α=45.(2)由tan α=1+sin βcos β得sin αcos α=1+sin βcos β,即sin αcos β=cos α+cos αsin β, ∴sin(α-β)=cos α=sin(π2-α).∵α∈(0,π2),β∈(0,π2),∴α-β∈(-π2,π2),π2-α∈(0,π2),∴由sin(α-β)=sin(π2-α),得α-β=π2-α,∴2α-β=π2.思维升华 (1)三角变换的关键在于对两角和与差的正弦、余弦、正切公式,二倍角公式,三角恒等变换公式的熟记和灵活应用,要善于观察各个角之间的联系,发现题目所给条件与恒等变换公式的联系,公式的使用过程要注意正确性,要特别注意公式中的符号和函数名的变换,防止出现张冠李戴的情况.(2)求角问题要注意角的范围,要根据已知条件将所求角的范围尽量缩小,避免产生增解.设函数f (x )=cos(2x +π3)+sin 2x .(1)求函数f (x )的最小正周期和最大值;(2)若θ是第二象限角,且f (θ2)=0,求cos 2θ1+cos 2θ-sin 2θ的值.解 (1)f (x )=cos(2x +π3)+sin 2x =cos 2x cos π3-sin 2x sin π3+1-cos 2x 2=12-32sin 2x .所以f (x )的最小正周期为T =2π2=π,最大值为1+32. (2)因为f (θ2)=0,所以12-32sin θ=0,即sin θ=33,又θ是第二象限角, 所以cos θ=-1-sin 2θ=-63. 所以cos 2θ1+cos 2θ-sin 2θ=cos 2θ-sin 2θ2cos 2θ-2sin θcos θ=(cos θ+sin θ)(cos θ-sin θ)2cos θ(cos θ-sin θ)=cos θ+sin θ2cos θ =-63+332×(-63)=6-326=2-24.热点二 解三角形例2 在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,满足a =2sin A ,cos B cos C +2a c +bc =0.(1)求边c 的大小;(2)求△ABC 面积的最大值.思维启迪 (1)将cos B cos C +2a c +bc =0中的边化成角,然后利用和差公式求cos C ,进而求c .(2)只需求ab 的最大值,可利用cos C =a 2+b 2-c 22ab 和基本不等式求解.解 (1)∵cos B cos C +2a c +bc=0, ∴c cos B +2a cos C +b cos C =0,∴sin C cos B +sin B cos C +2sin A cos C =0, ∴sin A +2sin A cos C =0, ∵sin A ≠0,∴cos C =-12,∵C ∈(0,π)∴C =2π3,∴c =a sin A·sin C = 3.(2)∵cos C =-12=a 2+b 2-32ab,∴a 2+b 2+ab =3,∴3ab ≤3,即ab ≤1. ∴S △ABC =12ab sin C ≤34.∴△ABC 的面积最大值为34. 思维升华 三角形问题的求解一般是从两个角度,即从“角”或从“边”进行转化突破,实现“边”或“角”的统一,问题便可突破. 几种常见变形:(1)a ∶b ∶c =sin A ∶sin B ∶sin C ;(2)a =2R sin A ,b =2R sin B ,c =2R sin C ,其中R 为△ABC 外接圆的半径; (3)sin(A +B )=sin C ,cos(A +B )=-cos C .(1)△ABC 的三个内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,a sin A sin B +b cos 2A =2a ,则ba 等于( )A. 2 B .2 2 C. 3D .2 3(2)(2014·江西)在△ABC 中,内角A ,B ,C 所对的边分别是a ,b ,c .若c 2=(a -b )2+6,C =π3,则△ABC 的面积是( ) A .3 B.932C.332D .3 3答案 (1)A (2)C解析 (1)因为a sin A sin B +b cos 2A =2a ,由正弦定理得sin 2A sin B +sin B cos 2A =2sin A ,即sin B =2sin A , 即sin B sin A =2,b a =sin Bsin A= 2. (2)∵c 2=(a -b )2+6,∴c 2=a 2+b 2-2ab +6.① ∵C =π3,∴c 2=a 2+b 2-2ab cos π3=a 2+b 2-ab .②由①②得ab =6.∴S △ABC =12ab sin C =12×6×32=332.热点三 正、余弦定理的实际应用例3 (2013·江苏)如图,游客从某旅游景区的景点A 处下山至C 处有两种路径.一种是从A 沿直线步行到C ,另一种是先从A 沿索道乘缆车到B ,然后从B 沿直线步行到C .现有甲、乙两位游客从A 处下山,甲沿AC 匀速步行,速度为50 m/min.在甲出发2 min 后,乙从A 乘缆车到B ,在B 处停留1 min 后,再从B 匀速步行到C .假设缆车匀速直线运动的速度为130 m/min ,山路AC 长为1 260 m ,经测量cos A =1213,cos C =35.(1)求索道AB 的长;(2)问:乙出发多少分钟后,乙在缆车上与甲的距离最短?(3)为使两位游客在C 处互相等待的时间不超过3分钟,乙步行的速度应控制在什么范围内? 思维启迪 (1)直接求sin B ,利用正弦定理求AB .(2)利用余弦定理和函数思想,将甲乙距离表示为乙出发后时间t 的函数.解 (1)在△ABC 中,因为cos A =1213,cos C =35,所以sin A =513,sin C =45.从而sin B =sin [π-(A +C )]=sin(A +C ) =sin A cos C +cos A sin C=513×35+1213×45=6365.由正弦定理AB sin C =AC sin B ,得 AB =AC sin B ×sin C =1 2606365×45=1 040(m).所以索道AB 的长为1 040 m.(2)假设乙出发t 分钟后,甲、乙两游客距离为d ,此时,甲行走了(100+50t )m ,乙距离A 处130t m ,所以由余弦定理得d 2=(100+50t )2+(130t )2-2×130t ×(100+50t )×1213=200(37t 2-70t +50),由于0≤t ≤1 040130,即0≤t ≤8,故当t =3537 min 时,甲、乙两游客距离最短.(3)由正弦定理BC sin A =ACsin B,得BC =AC sin B ×sin A =1 2606365×513=500(m).乙从B 出发时,甲已走了50×(2+8+1)=550(m),还需走710 m 才能到达C . 设乙步行的速度为v m/min ,由题意得-3≤500v -71050≤3,解得1 25043≤v ≤62514,所以为使两位游客在C 处互相等待的时间不超过3 min ,乙步行的速度应控制在⎣⎡⎦⎤1 25043,62514(单位:m/min)范围内.思维升华 求解三角形的实际问题,首先要准确理解题意,分清已知与所求,关注应用题中的有关专业名词、术语,如方位角、俯角等;其次根据题意画出其示意图,示意图起着关键的作用;再次将要求解的问题归结到一个或几个三角形中,通过合理运用正、余弦定理等有关知识建立数学模型,从而正确求解,演算过程要简练,计算要准确;最后作答.如图,中国渔民在中国南海黄岩岛附近捕鱼作业,中国海监船在A 地侦察发现,在南偏东60°方向的B 地,有一艘某国军舰正以每小时13海里的速度向正西方向的C 地行驶,企图抓捕正在C 地捕鱼的中国渔民.此时,C 地位于中国海监船的南偏东45°方向的10海里处,中国海监船以每小时30海里的速度赶往C 地救援我国渔民,能不能及时赶到?(2≈1.41,3≈1.73,6≈2.45)解 过点A 作AD ⊥BC ,交BC 的延长线于点D .因为∠CAD =45°,AC =10海里, 所以△ACD 是等腰直角三角形. 所以AD =CD =22AC =22×10=52(海里). 在Rt △ABD 中,因为∠DAB =60°,所以BD =AD ×tan 60°=52×3=56(海里). 所以BC =BD -CD =(56-52)(海里).因为中国海监船以每小时30海里的速度航行,某国军舰正以每小时13海里的速度航行, 所以中国海监船到达C 点所用的时间t 1=AC 30=1030=13(小时),某国军舰到达C 点所用的时间t 2=BC 13=5×(6-2)13≈5×(2.45-1.41)13=0.4(小时). 因为13<0.4,所以中国海监船能及时赶到.1.求解恒等变换问题的基本思路一角二名三结构,即用化归转化思想“去异求同”的过程,具体分析如下:(1)首先观察角与角之间的关系,注意角的一些常用变换形式,角的变换是三角函数变换的核心.(2)其次看函数名称之间的关系,通常“切化弦”. (3)再次观察代数式的结构特点. 2.解三角形的两个关键点(1)正、余弦定理是实现三角形中边角互化的依据,注意定理的灵活变形,如a =2R sin A ,sin A =a2R(其中2R 为三角形外接圆的直径),a 2+b 2-c 2=2ab cos C 等,灵活根据条件求解三角形中的边与角.(2)三角形的有关性质在解三角形问题中起着重要的作用,如利用“三角形的内角和等于π”和诱导公式可得到sin(A +B )=sin C ,sin A +B 2=cos C2等,利用“大边对大角”可以解决解三角形中的增解问题等.3.利用正弦定理、余弦定理解决实际问题的关键是如何将实际问题转化为数学问题,抽象出三角形模型.真题感悟1.(2013·浙江)已知α∈R ,sin α+2cos α=102,则tan 2α等于( ) A.43 B.34 C .-34 D .-43 答案 C解析 ∵sin α+2cos α=102, ∴sin 2α+4sin α·cos α+4cos 2α=52.用降幂公式化简得:4sin 2α=-3cos 2α, ∴tan 2α=sin 2αcos 2α=-34.故选C.2.(2014·江苏)若△ABC 的内角满足sin A +2sin B =2sin C ,则cos C 的最小值是________. 答案6-24解析 由sin A +2sin B =2sin C ,结合正弦定理得a +2b =2c . 由余弦定理得cos C =a 2+b 2-c 22ab=a 2+b 2-(a +2b )242ab =34a 2+12b 2-2ab22ab≥2⎝⎛⎭⎫34a 2⎝⎛⎭⎫12b 2-2ab 22ab=6-24, 故6-24≤cos C <1,且3a 2=2b 2时取“=”. 故cos C 的最小值为6-24. 押题精练1.在△ABC 中,已知tan A +B2=sin C ,给出以下四个结论: ①tan Atan B=1;②1<sin A +sin B ≤2;③sin 2A +cos 2B =1;④cos 2A +cos 2B =sin 2C . 其中一定正确的是( )A .①③B .②③C .①④D .②④ 答案 D解析 依题意,tan A +B2=sinA +B 2cos A +B 2=2sin A +B 2cos A +B22cos2A +B 2=sin (A +B )1+cos (A +B )=sin C1+cos (A +B )=sin C .∵sin C ≠0,∴1+cos(A +B )=1,cos(A +B )=0.∵0<A +B <π,∴A +B =π2,即△ABC 是以角C 为直角的直角三角形.对于①,由tan Atan B =1,得tan A =tan B ,即A =B ,不一定成立,故①不正确;对于②,∵A +B =π2,∴sin A +sin B =sin A +cos A =2sin(A +π4),∴1<sin A +sin B ≤2,故②正确;对于③,∵A +B =π2,∴sin 2A +cos 2B =sin 2A +sin 2A =2sin 2A ,其值不确定,故③不正确;对于④,∵A +B =π2,∴cos 2A +cos 2B =cos 2A +sin 2A =1=sin 2C ,故④正确.2.在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,q =(2a,1),p =(2b -c ,cos C ),且q ∥p . (1)求sin A 的值;(2)求三角函数式-2cos 2C1+tan C+1的取值范围.解 (1)∵q =(2a,1),p =(2b -c ,cos C )且q ∥p ,∴2b -c =2a cos C , 由正弦定理得2sin A cos C =2sin B -sin C , 又sin B =sin(A +C )=sin A cos C +cos A sin C , ∴12sin C =cos A sin C . ∵sin C ≠0,∴cos A =12,又∵0<A <π,∴A =π3,∴sin A =32. (2)原式=-2cos 2C 1+tan C+1=1-2(cos 2C -sin 2C )1+sin C cos C =1-2cos 2C +2sin C cos C =sin 2C -cos 2C=2sin(2C -π4),∵0<C <23π,∴-π4<2C -π4<1312π,∴-22<sin(2C -π4)≤1,∴-1<2sin(2C -π4)≤2,即三角函数式-2cos 2C1+tan C+1的取值范围为(-1,2].(推荐时间:60分钟)一、选择题1.(2014·浙江)为了得到函数y =sin 3x +cos 3x 的图象,可以将函数y =2cos 3x 的图象( ) A .向右平移π4个单位B .向左平移π4个单位C .向右平移π12个单位D .向左平移π12个单位答案 C解析 因为y =sin 3x +cos 3x =2sin(3x +π4)=2sin[3(x +π12)],又y =2cos 3x =2sin(3x +π2)=2sin[3(x +π6)],所以应由y =2cos 3x 的图象向右平移π12个单位得到.2.已知α∈(π2,π),sin(α+π4)=35,则cos α等于( )A .-210B.7210 C .-210或7210D .-7210答案 A解析 ∵α∈(π2,α).∴α+π4∈(34π,54π).∵sin(α+π4)=35,∴cos(α+π4)=-45,∴cos α=cos(α+π4)cos π4+sin(α+π4)sin(π4)=-45×22+35×22=-210.3.在△ABC 中,若sin C sin A =3,b 2-a 2=52ac ,则cos B 的值为( )A.13B.12C.15D.14答案 D 解析 由正弦定理:c a =sin C sin A=3, 由余弦定理:cos B =a 2+c 2-b 22ac =c 2-52ac 2ac =12×c a -54=32-54=14. 4.(2013·陕西)设△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,若b cos C +c cos B = a sin A ,则△ABC 的形状为( )A .锐角三角形B .直角三角形C .钝角三角形D .不确定 答案 B解析 由b cos C +c cos B =a sin A ,得sin B cos C +sin C cos B =sin 2A ,即sin(B +C )=sin 2A ,所以sin A =1,由0<A <π,得A =π2,所以△ABC 为直角三角形. 5.已知tan β=43,sin(α+β)=513,其中α,β∈(0,π),则sin α的值为( ) A.6365B.3365C.1365D.6365或3365 答案 A解析 依题意得sin β=45,cos β=35.注意到sin(α+β)=513<sin β,因此有α+β>π2(否则,若α+β≤π2,则有0<β<α+β≤π2,0<sin β<sin(α+β),这与“sin(α+β)<sin β”矛盾),则cos(α+β)=-1213,sin α=sin[(α+β)-β]=sin(α+β)cos β-cos(α+β)sin β=6365. 6.已知△ABC 中,角A 、B 、C 的对边分别是a 、b 、c ,且tan B =2-3a 2-b 2+c2,BC →·BA →=12,则tan B 等于( )A.32B.3-1C .2D .2- 3 答案 D解析 由题意得,BC →·BA →=|BC →|·|BA →|cos B=ac cos B =12,即cos B =12ac,由余弦定理,得cos B =a 2+c 2-b 22ac =12ac⇒a 2+c 2-b 2=1, 所以tan B =2-3a 2-b 2+c 2=2-3,故选D. 二、填空题7.已知tan ⎝⎛⎭⎫α+π4=12,且-π2<α<0,则2sin 2α+sin 2αcos ⎝⎛⎭⎫α-π4=________. 答案 -255解析 由tan ⎝⎛⎭⎫α+π4=tan α+11-tan α=12, 得tan α=-13. 又-π2<α<0,可得sin α=-1010. 故2sin 2α+sin 2αcos ⎝⎛⎭⎫α-π4=2sin α(sin α+cos α)22(sin α+cos α) =22sin α=-255. 8.在△ABC 中,内角A 、B 、C 的对边长分别为a 、b 、c ,已知a 2-c 2=2b ,且sin A cos C =3cos A sin C ,则b =________.答案 4解析 由sin A cos C =3cos A sin C 得:a 2R ·a 2+b 2-c 22ab =3·b 2+c 2-a 22bc ·c 2R , ∴a 2+b 2-c 2=3(b 2+c 2-a 2),a 2-c 2=b 22, 解方程组:⎩⎪⎨⎪⎧a 2-c 2=2b a 2-c 2=b 22,∴b =4. 9.已知0<α<π2<β<π,cos(β-π4)=13,sin(α+β)=45,则cos(α+π4)=________. 答案 82-315 解析 因为0<α<π2<β<π, 所以π4<β-π4<3π4,π2<α+β<3π2. 所以sin(β-π4)>0,cos(α+β)<0.因为cos(β-π4)=13,sin(α+β)=45, 所以sin(β-π4)=223,cos(α+β)=-35. 所以cos(α+π4)=cos[(α+β)-(β-π4)] =cos(α+β)cos(β-π4)+sin(α+β)sin(β-π4) =-35×13+45×223=82-315.10.如图,嵩山上原有一条笔直的山路BC ,现在又新架设了一条索道AC ,小李在山脚B 处看索道AC ,发现张角∠ABC =120°;从B 处攀登400米到达D 处,回头看索道AC ,发现张角∠ADC =150°;从D 处再攀登800米方到达C 处,则索道AC 的长为________米.答案 40013解析 如题图,在△ABD 中,BD =400米,∠ABD =120°.因为∠ADC =150°,所以∠ADB =30°.所以∠DAB =180°-120°-30°=30°.由正弦定理,可得BD sin ∠DAB =AD sin ∠ABD . 所以400sin 30°=AD sin 120°,得AD =4003(米). 在△ADC 中,DC =800米,∠ADC =150°,由余弦定理,可得AC 2=AD 2+CD 2-2×AD ×CD ×cos ∠ADC=(4003)2+8002-2×4003×800×cos 150°=4002×13,解得AC =40013(米). 故索道AC 的长为40013米.三、解答题11.(2014·安徽)设△ABC 的内角A ,B ,C 所对边的长分别是a ,b ,c ,且b =3,c =1,A =2B .(1)求a 的值;(2)求sin ⎝⎛⎭⎫A +π4的值. 解 (1)因为A =2B ,所以sin A =sin 2B =2sin B cos B .由正、余弦定理得a =2b ·a 2+c 2-b 22ac. 因为b =3,c =1,所以a 2=12,a =2 3.(2)由余弦定理得cos A =b 2+c 2-a 22bc =9+1-126=-13. 由于0<A <π,所以sin A =1-cos 2A =1-19=223. 故sin ⎝⎛⎭⎫A +π4=sin A cos π4+cos A sin π4=223×22+⎝⎛⎭⎫-13×22=4-26. 12.已知函数f (x )=4cos ωx ·sin(ωx -π6)+1(ω>0)的最小正周期是π. (1)求f (x )的单调递增区间;(2)求f (x )在[π8,3π8]上的最大值和最小值. 解 (1)f (x )=4cos ωx ·sin(ωx -π6)+1 =23sin ωx cos ωx -2cos 2ωx +1=3sin 2ωx -cos 2ωx =2sin(2ωx -π6). 最小正周期是2π2ω=π,所以,ω=1, 从而f (x )=2sin(2x -π6). 令-π2+2k π≤2x -π6≤π2+2k π,k ∈Z . 解得-π6+k π≤x ≤π3+k π,k ∈Z . 所以函数f (x )的单调递增区间为[-π6+k π,π3+k π](k ∈Z ). (2)当x ∈[π8,3π8]时,2x -π6∈[π12,7π12], f (x )=2sin(2x -π6)∈[6-22,2], 所以f (x )在[π8,3π8]上的最大值和最小值分别为2,6-22. 13.已知角A 、B 、C 是△ABC 的三个内角,若向量m =(1-cos(A +B ),cos A -B 2),n =(58,cos A -B 2),且m ·n =98. (1)求tan A tan B 的值;(2)求ab sin C a 2+b 2-c 2的最大值. 解 (1)m ·n =58-58cos(A +B )+cos 2A -B 2=98-18cos A cos B +98sin A sin B =98,∴cos A cos B =9sin A sin B 得tan A tan B =19. (2)tan(A +B )=tan A +tan B 1-tan A tan B =98(tan A +tan B )≥98·2tan A tan B =34. (∵tan A tan B =19>0, ∴A ,B 均是锐角,即其正切值均为正)ab sin C a 2+b 2-c 2=sin C 2cos C =12tan C =-12tan(A +B )≤-38, 所求最大值为-38.。