高中数学两角和与差的正弦、余弦和正切公式 3_1_3 二倍角的正弦、余弦、正切公式互动课堂学案

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3.1.3 二倍角的正弦、余弦、正切公式

互动课堂

疏导引导

1.二倍角公式

(1)二倍角公式的正弦、余弦、正切公式

sin2α=2sinαcosα,(S2α)

cos2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1=1-2sin2α,(C2α)

tan2α=2tan1tan2,(T2α)

这组公式要记准、记熟、用活.

下面给出这组公式的推导:

∵sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ,

当α=β时,有sin2α=2sinαcosα.

∵cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ,

当α=β时,有cos2α=cos2α-sin2α=2cos2α-1(sin2α=1-cos2α)=1-2sin2α(cos2α=1-sin2α).

∵tan(α+β)=tantan1tantan,

当α=β时,有tan2α=2tan1tan2.

公式S2α、C2α中,α∈R,公式T2α中的α≠21kπ+4且α≠kπ+2 (k∈Z).

从上面的公式推导中可以看到二倍角公式是和角公式的特殊情况.

(2)关于倍角公式应注意的几个问题:

①推导思路:在正弦、余弦、正切的和角公式中,令两角相等,就得相应倍角公式.由此,倍角公式是和角公式的特例.

②公式的适用范围:

公式S2α、C2α中,角α可以为任意角,

但公式T2α只有当α≠2+kπ及α≠4+2k (k∈Z)时才成立,否则不成立.当α=2+kπ,k∈Z,虽然tanα的值不存在,但tan2α的值是存在的,这时求tan2α的值可利用诱导公式.

③对于“二倍角”要有广义理解,如4α是2α的2倍;α作为2的2倍;2作为4的2倍;3α作为23的2倍;3作为6的2倍等.

2.二倍角公式的变形

(1)公式逆用

2sinαcosα=sin2α,

sinαcosα=21sin2α,cosα=sin22sin2, cos2α-sin2α=cos2α,2tan1tan2=tan2α.

(2)公式的逆向变换及有关变形

1±sin2α=sin2α+cos2α±2sinαcosα=(sinα±cosα)2,

1+cos2α=2cos2α,1-cos2α=2sin2α,

cos2α=22cos1,sin2α=22cos1.

活学巧用

1.已知sinα+cosα=31,且0<α<π,求sin2α、cos2α、tan2α的值.

解析:方法一:∵sinα+cosα=31,∴sin2α+cos2α+2sinαcosα=91.∴sin2α=98且sinαcosα=94<0.

∵0<α<π,sinα>0,∴cosα<0.∴sinα-cosα>0.

∴sinα-cosα=3172sin1)cos(sin2.

∴cos2α=cos2α-sin2α=(sinα+cosα)(cosα-sinα)=31×(-317)=917.

tan2α=171782cos2sin.

方法二:∵sinα+cosα=31,平方得sinαcosα=94,

∴sinα、cosα可看成方程x2-31x94=0的两根,

解方程x2-31x94=0,得x1=6171,x2=6171.∵α∈(0,π),∴sinα>0.∴sinα=6171,

cosα=6171.∴sin2α=2sinαcosα=98,cos2α=cos2α-sin2α=917,tan2α=171782cos2sin.

答案:sin2α=98,cos2α=917,tan2α=17178.

2.已知函数f(x)=cos4x-2sinxcosx-sin4x. (1)求f(x)的最小正周期;

(2)若x∈[0, 2],求f(x)的最大值、最小值.

解析:f(x)=(cos2x+sin2x)(cos2x-sin2x)-sin2x

=cos2x-sin2x=2cos(2x+4).

(1)T=22=π.

(2)0≤x≤2,0≤2x≤π,4≤2x+4≤45,-1≤cos(2x+4)≤22,∴-2≤2cos(2x+4)≤1.

∴f(x)max=1,f(x)min=-2.

答案:(1)π;(2)f(x)max=1,f(x)min=-2.

3.已知函数y=21cos2x+23sinxcosx+1,x∈R.当函数y取得最大值时,求自变量x的集合.

解析:y=21cos2x+23sinxcosx+1=41(2cos2x-1)+41+43(2sinxcosx)+1

=21(cos2xsin6+sin2xcos6)+45=21sin(2x+6)+45.y取得最大值必须且只需2x+6=2+2kπ,k∈Z,即x=6+kπ,k∈Z.所以量x的集合为{x|x=6+kπ,k∈Z}.