5.2 三角函数的概念
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本节的知识树
3 概念 · 最深 2 层。根是引本节作教材出处的实体,长链由 `prereqs` 构建期派生——源里只有最小一步。
考过本节的真题
共 24 道
- 浙江 2008 · q05 与 在 上交几次 · 化简、整体换元或直接看那道拱经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2009 · q08 的图象不可能是哪一幅 · 振幅乘周期恒等于 / 反解两次看打架 / 按 分档列全经由 正弦函数
- 浙江 2010 · q09两端同号什么也不保证——四段里只有一段是真空着的经由 正弦函数
- 浙江 2010 · q11两条摆动叠成一条正弦曲线——周期看 ,「最小」得另外证经由 正弦函数
- 浙江 2011 · q06两个已知角一减, 自己抵掉——待求角根本不用单独求经由 余弦函数
- 浙江 2012 · q04先伸缩、后平移 —— 平移量不打折,最大最小之差也纹丝不动经由 余弦函数
- 浙江 2014 · q10折线走过的总竖直路程 · 分段单调就望远镜相消,切口要落在节点上经由 正弦函数
- 浙江 2014 · q18条件是「同一个式子在 、 处取同值」· 才是钥匙,经由 余弦函数
- 浙江 2015 · q07内层把哪两点折到一起,外层就必须在那两点取同一个值经由 正弦函数
- 浙江 2016 · q05谁在决定周期 · 常数项先出局,再看 b 把 π 撑成 2π经由 正弦函数
- 浙江 2016 · q10降幂之后常数项就是 b,辅助角合出来的振幅就是 A经由 正弦函数
- 浙江 2017 · q18三角式先化成一条标准正弦 · 再把某点的值、最小正周期、单调递增区间一次读完经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2018 · q05 认图 · 先判奇函数砍掉轴对称,再看 处有没有零点经由 正弦函数
- 浙江 2019 · q18平移成偶就是 · 相位差恒为 定死了振幅经由 正弦函数
- 浙江 2021 · q08三个 sin·cos 乘积中大于 1/2 的个数最大值 · 基本不等式界和后构造经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2021 · q18三角恒等变换两问 · 把 sinx+cosx 的复合式都化成一条标准正弦经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2022 · q04判断 sin x=1 与 cos x=0 的充分必要关系 · 两个方向分开判,反例只需一个经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2022 · q06三角函数图象的平移 · 相位差 π/5,但平移量要除以 ω=3经由 正弦函数
- 浙江 2022 · q13互余角的三角等式求值 · 先并成一个角,右端恰是振幅说明取到了最大值经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2023 · q15cos ωx−1 在 [0,2π] 恰有 3 个零点 · 列零点通式或换元数周期经由 余弦函数
- 浙江 2024 · q07两条正弦曲线的交点个数 · 图象法逐段数,符号表上保险经由 正弦函数
- 浙江 2025 · q07圆上到直线距离为 1 的点恰好 2 个 · 平移直线数交点,或把距离写成角的函数经由 余弦函数、正弦函数
- 浙江 2025 · q11解三角形 · 两条路都能证出这是个直角三角形经由 正弦函数
- 浙江 2025 · q19三角函数压轴 · 借第 (2) 问造点,或把 cos 5x 化成 cos x 的多项式经由 余弦函数
讲解
本站对这一节的重写(不是原书转写):顺序可重组、推导可补全,目标是易读易学 + 与真题关联。原文以上方扫描图为准。
初中学过的锐角三角函数是”直角三角形里两条边的比”,它只能处理 到 的角。 这一节把它换一个定义,让任意角都能算:把角放到单位圆上,正弦就是交点的纵坐标、余弦就是横坐标。
换定义之后,两件事同时发生:适用范围从锐角扩到全体实数;而在锐角那一段, 新旧两套定义算出来的值完全一样(课本”探究”里问的正是这个)。所以这不是另起炉灶, 是把旧定义装进一个更大的框里。
一、定义:单位圆上一个点的两个坐标
在直角坐标系里画出单位圆(圆心在原点、半径为 )。设 是任意角, 它的顶点在原点、始边与 轴非负半轴重合,终边与单位圆交于点 。规定:
这三个都是函数,因为角一旦给定,终边就定了,交点 就定了,两个坐标也就定了—— “唯一确定”是它们能叫函数的全部理由。写成通常的样子:
正切的定义域为什么少一批点? 当 时终边落在 轴上, 交点的横坐标 , 没有意义。这是本节唯一一处”定义域不是全体实数”的地方, 也是后面每一道含 的题都要先看一眼的地方。
记法上的一件小事: 是一个整体记号, 不是一个数、不能约掉; 表示 ,不是 。
二、不在单位圆上怎么办:终边上任取一点
实际题目里给的常常不是单位圆上的点,而是终边上随便一个点 (不与原点重合)。 设它到原点的距离为
则(课本例 2)
为什么可以随便取点? 因为终边上不同的点与原点连成的直角三角形都相似, 对应边的比值不变。所以三角函数值只由角决定,与点取在终边上哪个位置无关—— 这一条是三角函数能成为”角的函数”的根基。
这组公式与单位圆定义是同一件事:单位圆上的点恰好 ,代进去就回到 。 做题时用哪一套看给的是什么:给角用单位圆,给点用 、、。
三、符号:一句口诀,一张图
三角函数值的正负只由终边落在哪个象限决定,因为 恒成立,符号全看 、 的正负:
| 象限 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 第一 | |||||
| 第二 | |||||
| 第三 | |||||
| 第四 |
口诀是”一全正、二正弦、三正切、四余弦”——第几象限里哪一个(哪些)为正。
反过来用更值钱:题目给两个函数值的符号,就能把终边锁进一个象限。 课本例 3 就是这个用法: 把终边限制在第三、第四象限或 轴负半轴, 把它限制在第一或第三象限,两者一取交集,只剩第三象限。
四、公式一:终边相同的角,函数值相同
由定义直接可得:终边相同的角,同一个三角函数的值相等。写成公式(公式一):
它的用处只有一个,但用得极频繁:把任意角的三角函数值化到 到 (或 到 )这一圈里去算。做法是加减若干个 :
公式一还说明了一件事:三角函数值”周而复始”——角的终边每绕原点转一周,函数值就重复一次。 这正是下一章”周期函数”的来源。
五、几个必须记熟的值
单位圆上几个特殊位置的坐标要闭着眼睛写出来:
| 终边与单位圆的交点 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 不存在 | ||||
| 不存在 |
记的办法不是背表,是记单位圆上那几个点的坐标——坐标一写出来,三个函数值同时得到。
六、易错清单
按失分频率排:
- 、 写成 或 。 它们不存在(无意义), 要写”无意义”或”不存在”。
- 用终边上一点求值时忘了 。 永远取正, 不因点在第几象限而变号——变号的是 、。
- 象限符号记反。 用口诀”一全正、二正弦、三正切、四余弦”,或干脆现推: 看 、 的正负比背口诀更稳。
- 把负角或大角直接查表。 先用公式一化到 里。
- 把 当成 乘 。 它是一个整体记号。
- 点不在单位圆上却直接用 。 那一条只对 成立,一般要除以 。
七、这一节考过的真题(怎么用它们)
页面下方”考过本节的真题”那一段是构建期从知识图谱派生出来的完整清单,这里只说读的顺序:
- 先看 2022 年第 4 题(判断 与 的充分必要关系): 它把本节的定义与第 1 章的逻辑用语接在了一起——单位圆上 只有一个位置 , 而 有 与 两个。把两个条件各画成单位圆上的一组点,包含关系一目了然;
- 再看 2022 年第 13 题(互余角的三角等式求值)与 2025 年第 7 题 (圆上到直线距离为 的点恰有 个):这两道都要把三角函数当成单位圆上的坐标来用, 正是本节的定义在几何题里的形态;
- 然后是 2023 年第 15 题、2024 年第 7 题、2025 年第 5 题:它们考的是周期与零点, 根子在公式一”终边相同则函数值相同”;
- 最后是 2025 年第 11 题(解三角形)与 2025 年第 19 题(三角压轴): 它们已经走到很远的地方,但每一步的合法性仍要回到本节的定义域—— 凡是出现 ,先问一句”这个角的终边会不会落在 轴上”。
习题详解(本站解答,无官方答案可核)
人教 A 版学生用书不含答案,教师用书与全解不在本站语料里——因此本节习题的解答无官方答案可核,它们是本站写的。每一道都过了独立 verifier 的 refute 优先复核(默认它有问题,找不出问题才放行),但那不等于官方标准答案:拿它对思路,别拿它对分。
本节课本习题共 4 道,都在第 186–187 页的「练习」里(第 1 题印在第 186 页,第 2–4 题印在第 187 页), 逐题全做。本节没有开放式的实习作业或方案设计,因此没有不收的题。
四道题都只用本节的定义:设角 的终边与单位圆交于点 ,则 、、; 若给的点 只在终边上(不一定在单位圆上),设 ,则 、、。
每道题先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。
练习(第 186 页)第 1 题
- 利用三角函数定义,求 的三个三角函数值.
四个角的终边分别落在 轴正半轴、 轴正半轴、 轴负半轴、 轴负半轴上, 与单位圆的交点就是四个坐标轴上的单位点。逐个写出交点坐标,再照定义读值。
。 终边是 轴非负半轴,与单位圆交于 ,故
。 终边是 轴正半轴,交点 ,故
而 ,分母为零,无意义—— 正是 (取 )中的一个,不在正切函数的定义域里。
。 终边是 轴负半轴,交点 ,故
。 终边是 轴负半轴,交点 ,故
而 无意义(,取 )。
这道题最该带走的一句: 在终边落到 轴上时不存在, 既不能写成 ,也不能写成 ——要写”无意义”。
练习(第 187 页)第 2 题
- 利用三角函数定义,求 的三个三角函数值.
第一步:定出终边的位置。 , 即从 轴负半轴再逆时针转 ,所以终边在第三象限, 与 轴负半轴的夹角是 。
第二步:写出终边与单位圆的交点。 与 轴正半轴夹角为 的点是 ;本题的终边与它关于原点对称(差 ), 所以交点是
核一下它确实在单位圆上: ✓;且横、纵坐标都为负,落在第三象限 ✓。
第三步:照定义读值。
核符号:第三象限里 、、(口诀”三正切”), 与算出来的三个值一致 ✓。
练习(第 187 页)第 3 题
- 已知角 的终边过点 ,求角 的三角函数值.
点 在终边上但不在单位圆上,所以要用 那一套公式。
先算 (它是 到原点的距离,恒为正):
再照公式写三个值:
核符号: 的横坐标为负、纵坐标为正,落在第二象限; 第二象限里 、、(口诀”二正弦”),与上面三个值的正负一致 ✓。
再核一遍”与取点无关”:若在同一条终边上取另一点 (把 的坐标翻倍), 则 ,于是 、、 ——与上面完全相同 ✓。 这正是”三角函数值只由角决定”那条性质。
练习(第 187 页)第 4 题
- 已知点 P 在半径为 2 的圆上按顺时针方向做匀速圆周运动,角速度为 . 求 2 s 时点 P 所在的位置.
题面没有给坐标系,也没有说 从哪里出发,所以先把这两件事按最自然的方式约定下来 (这是这类题的标准处理,答案的形式依赖于这个约定):
约定:以圆心为原点建立直角坐标系,并取 的初始位置在 轴正半轴上,即起点为 。
第一步:把”转了多久”翻译成”转了多大的角”。 角速度是 , 经过 转过的角的大小是
第二步:定符号。 按任意角的规定,逆时针为正、顺时针为负。本题是顺时针,所以 时 对应的角是
第三步:由角求坐标。 圆的半径 (不是单位圆),由终边上一点的公式反过来用: 终边与该圆交于点 时 、,故
由 、(终边关于 轴对称,横坐标相同、纵坐标相反),
第四步:算出近似位置并判象限。 落在 与 之间,是第二象限角,故 、。用计算工具,
于是
即 大约在 处,落在第三象限。
核一遍: ✓,点确实在半径为 的圆上。 再核象限:顺时针转 ,从 出发往下转一百多度, 正好落到第三象限 ✓。
这道题的关键动作有两个:一是顺时针要取负角(这是任意角的规定,漏了符号答案会落到第二象限); 二是半径不是 时要乘回 (,不是 )。
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机器转写,如有出入以上方扫描图为准。它是原文可搜索、可复制公式、读屏器读得出的形态, 也是教材原文引文的逐字比对靶。
5.2 三角函数的概念

在弧度制下,我们已经将角的范围扩展到全体实数。下面借助这些知识研究上一节开头提出的问题。不失一般性,先研究单位圆上点的运动。现在的任务是:
如图 5.2-1,单位圆 上的点 P 以 A 为起点做逆时针方向旋转,建立一个数学模型,刻画点 P 的位置变化情况.
5.2.1 三角函数的概念
根据研究函数的经验,我们利用直角坐标系来研究上述问题.
如图 5.2-2,以单位圆的圆心 O 为原点,以射线 OA 为 x 轴的非负半轴,建立直角坐标系,点 A 的坐标为 ,点 P 的坐标为 。射线 OA 从 x 轴的非负半轴开始,绕点 O 按逆时针方向旋转角 ,终止位置为 OP。

探究
当 时,点 的坐标是什么?当 或 时,点 的坐标又是什么?它们是唯一确定的吗?
一般地,任意给定一个角 ,它的终边 与单位圆交点 的坐标能唯一确定吗?
利用勾股定理可以发现,当 时,点 的坐标是 ;当 或 时,点 的坐标分别是(0, 1)和 。它们都是唯一确定的。
一般地, 任意给定一个角 , 它的终边 与单位圆交点 的坐标, 无论是横坐标 还是纵坐标 , 都是唯一确定的. 所以, 点 的横坐标 、纵坐标 都是角 的函数. 下面给出这些函数的定义.
设 是一个任意角,,它的终边 与单位圆相交于点 .
(1) 把点 的纵坐标 叫做 的正弦函数(sine function),记作 ,即
(2) 把点 的横坐标 叫做 的余弦函数 (cosine function), 记作 , 即
(3) 把点 的纵坐标与横坐标的比值 叫做 的正切, 记作 , 即
可以看出,当 时, 的终边在 轴上,这时点 的横坐标 等于 0,所以 无意义。除此之外,对于确定的角 , 的值也是唯一确定的。所以, 也是以角为自变量,以单位圆上点的纵坐标与横坐标的比值为函数值的函数,称为正切函数(tangent function)。
我们将正弦函数、余弦函数和正切函数统称为三角函数(trigonometric function),通常将它们记为:
正弦函数 ;
余弦函数 ;
正切函数 .
探究
在初中我们学了锐角三角函数,知道它们都是以锐角为自变量,以比值为函数值的函数。设 ,把按锐角三角函数定义求得的锐角 的正弦记为 ,并把按本节三角函数定义求得的 的正弦记为 。 与 相等吗?对于余弦、正切也有相同的结论吗?
例 1 求 的正弦、余弦和正切值.
解:在直角坐标系中,作 (图5.2-3). 易知 的终边与单位圆的交点坐标为 . 所以,

例 2 如图 5.2-4,设 是一个任意角,它的终边上任意一点 P(不与原点 O 重合)的坐标为 ,点 P 与原点的距离为 r。求证: , , 。
分析:观察图5.2-5,由 ,根据三角函数的定义可以得到证明.

证明:如图5.2-5,设角 的终边与单位圆交于点 . 分别过点 作 轴的垂线 ,垂足分别为 ,则
图5.2-4
于是

即
图5.2-5
因为 与 同号,所以
即
同理可得
根据勾股定理, .由例2可知,只要知道角 终边上任意一点P的坐标,就可以求得角 的各个三角函数值,并且这些函数值不会随P点位置的改变而改变.
练习
- 利用三角函数定义,求 的三个三角函数值.
-
利用三角函数定义,求 的三个三角函数值.
-
已知角 的终边过点 ,求角 的三角函数值.
-
已知点 P 在半径为 2 的圆上按顺时针方向做匀速圆周运动,角速度为 . 求 2 s 时点 P 所在的位置.
学习了三角函数的定义,接下来研究它们的一些性质.
探究
根据任意角的三角函数定义,先将正弦、余弦、正切函数在弧度制下的定义域填入表5.2-1,再将这三种函数的值在各象限的符号填入图5.2-6中的括号.



例3 求证:角 为第三象限角的充要条件是
②
证明:先证充分性,即如果①②式都成立,那么 为第三象限角.
因为①式 成立,所以 角的终边可能位于第三或第四象限,也可能与 轴的负半轴重合;
又因为②式 成立,所以 角的终边可能位于第一或第三象限.
因为①②式都成立,所以 角的终边只能位于第三象限.于是角 为第三象限角
必要性请同学们自己证明.
由三角函数的定义,可以知道:终边相同的角的同一三角函数的值相等.
由此得到一组公式:
公式一
● ●
由公式一可知,三角函数值有“周而复始”的变化规律,即角 的终边每绕原点旋转一周,函数值将重复出现.
利用公式一,可以把求任意角的三角函数值,转化为求 (或 )角的三角函数值.
例 4 确定下列三角函数值的符号,然后用计算工具验证:
(1) ; (2) ;
(3) ; (4) .
解:(1)因为 是第三象限角,所以
(2) 因为 是第四象限角,所以
(3) 因为 ,而 是第一象限角,所以 ;
(4) 因为
而 的终边在 轴上,所以
请同学们自己完成用计算工具验证.
例 5 求下列三角函数值:
• •
(1) (精确到 0.001);
(2) ;
(3) .
可以直接利用计算工具求三角函数的值。用计算工具求值时要注意设置角的适当的度量制。
解:(1)
(2) ;
(3) .