5.3 诱导公式

人教 A 版 · 本节 8 页原书扫描(原文)+ 本站重写的讲解与习题详解考过 5 题 ↓

原书扫描页(人教 A 版原文)

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本节的知识树

3 概念 · 1 公式 · 最深 3 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 5 道

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。

这一节给出五组诱导公式(连上一节的公式一共六组)。它们看着多,其实全部来自单位圆上的对称: 两个角的终边如果关于某条线(或某个点)对称,那么它们与单位圆的交点坐标就有确定的关系, 三角函数值也就跟着有确定的关系。

所以这一节的讲法是:先把”对称 → 坐标 → 函数值”这条链子说透,再把六组公式装进一句口诀, 最后给一套化简的固定流程。公式不必硬背,能现推的才靠得住。

一、一条链子:对称怎么变成公式

设角 α\alpha 的终边与单位圆交于 P(x,y)P(x, y),则 cos⁡α=x\cos\alpha = x、sin⁡α=y\sin\alpha = y。 现在看四种对称:

与 α\alpha 的关系终边的对称方式交点坐标得到的公式
π+α\pi + \alpha关于原点对称(−x,−y)(-x, -y)sin⁡(π+α)=−sin⁡α\sin(\pi+\alpha) = -\sin\alpha,cos⁡(π+α)=−cos⁡α\cos(\pi+\alpha) = -\cos\alpha
−α-\alpha关于 xx 轴对称(x,−y)(x, -y)sin⁡(−α)=−sin⁡α\sin(-\alpha) = -\sin\alpha,cos⁡(−α)=cos⁡α\cos(-\alpha) = \cos\alpha
π−α\pi - \alpha关于 yy 轴对称(−x,y)(-x, y)sin⁡(π−α)=sin⁡α\sin(\pi-\alpha) = \sin\alpha,cos⁡(π−α)=−cos⁡α\cos(\pi-\alpha) = -\cos\alpha
π2−α\frac{\pi}{2} - \alpha关于直线 y=xy=x 对称(y,x)(y, x)sin⁡(π2−α)=cos⁡α\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\alpha,cos⁡(π2−α)=sin⁡α\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha

前三行分别是公式二、公式三、公式四,第四行是公式五;把公式五的结果再关于 yy 轴对称一次 就得到公式六:

sin⁡(π2+α)=cos⁡α,cos⁡(π2+α)=−sin⁡α.\sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = \cos\alpha, \qquad \cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = -\sin\alpha.

正切的那一行由商数关系跟着出来:

tan⁡(π+α)=tan⁡α,tan⁡(−α)=−tan⁡α,tan⁡(π−α)=−tan⁡α.\tan(\pi+\alpha) = \tan\alpha, \qquad \tan(-\alpha) = -\tan\alpha, \qquad \tan(\pi-\alpha) = -\tan\alpha.

(连同上一节的公式一 sin⁡(α+k⋅2π)=sin⁡α\sin(\alpha+k\cdot2\pi) = \sin\alpha 等,六组合称诱导公式。)

看懂这张表,六组公式就都是推出来的,不是背出来的。 忘了某一条时, 在草稿纸上画个单位圆、点一个 P(x,y)P(x,y)、按对称写出另一个点的坐标,两秒钟就能恢复。

二、一句口诀:奇变偶不变,符号看象限

六组公式可以统一成一句话。把角写成 kπ2±α\dfrac{k\pi}{2} \pm \alpha(k∈Zk \in \mathbf{Z})的样子,则

奇变偶不变,符号看象限。

  • “奇变偶不变”说的是函数名:kk 为奇数时 sin⁡\sin 与 cos⁡\cos 互换(tan⁡\tan 变 cot⁡\cot,本册不涉及); kk 为偶数时函数名不变。 例如 π2+α\frac{\pi}{2}+\alpha(k=1k=1,奇)里 sin⁡\sin 变 cos⁡\cos;π−α\pi - \alpha(k=2k=2,偶)里 sin⁡\sin 还是 sin⁡\sin。
  • “符号看象限”说的是正负号:把 α\alpha 当作锐角,看整个角 kπ2±α\frac{k\pi}{2} \pm \alpha 落在第几象限,那个象限里原来那个函数的符号,就是公式右边的符号。 例如 cos⁡(π2+α)\cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right):把 α\alpha 当锐角,π2+α\frac{\pi}{2}+\alpha 在第二象限, 第二象限里 cos⁡\cos 为负,所以右边取负号——再由”奇变”把 cos⁡\cos 换成 sin⁡\sin, 得 cos⁡(π2+α)=−sin⁡α\cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = -\sin\alpha ✓。

“把 α\alpha 当锐角”只是定符号时的一个技巧,不是说 α\alpha 真的必须是锐角—— 公式对一切使两边有意义的 α\alpha 都成立。

三、化简的固定流程

遇到一堆诱导公式套在一起的式子(课本例 4 那种),按这个顺序做,几乎不会乱:

  1. 先减周期。 用公式一把每个角里的 2kπ2k\pi 去掉,把角压到 [0,2π)[0, 2\pi) 或写成 kπ2±α\frac{k\pi}{2} \pm \alpha(k=0,1,2,3k = 0,1,2,3)的样子。例如 11π2−α=5π+(π2−α)\frac{11\pi}{2} - \alpha = 5\pi + \left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right),9π2+α=4π+(π2+α)\frac{9\pi}{2}+\alpha = 4\pi + \left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)。
  2. 逐个用公式化成 α\alpha 的三角函数(口诀:奇变偶不变、符号看象限)。
  3. 合并同类,能约的约掉,最后往往化成 ±tan⁡α\pm\tan\alpha、±1\pm 1、sin⁡2α\sin^2\alpha 这种干净的形状。

互余是另一条常用线索:看到两个角加起来是 π2\frac{\pi}{2}(或 90∘90^\circ), 立刻想到公式五——课本例 5 里 (53∘−α)+(37∘+α)=90∘(53^\circ-\alpha) + (37^\circ+\alpha) = 90^\circ, 于是 sin⁡(37∘+α)=cos⁡(53∘−α)\sin(37^\circ+\alpha) = \cos(53^\circ-\alpha),问题就转成了求余弦。 看到”两个角之和是特殊角”,先把它们凑起来,别急着展开。

四、易错清单

按失分频率排:

  1. 符号丢了。 口诀的后半句”符号看象限”是最容易跳过的一步。
  2. 奇偶数错。 kπ2\frac{k\pi}{2} 里的 kk 是半周期的个数:π−α\pi - \alpha 的 kk 是 22(偶,不变), π2−α\frac{\pi}{2}-\alpha 的 kk 是 11(奇,要变)。
  3. 化简后忘了定义域。 出现 tan⁡\tan 时要注明分母不为零;本节的等式都是在 两边都有意义的前提下成立的(课本明确约定过)。
  4. 求值时不定象限就开方。 诱导公式只换角,不解决”sin⁡\sin 已知求 cos⁡\cos“那一步的符号—— 那还得回到上一节的平方关系与象限判断(课本例 5 就先用 −270∘<α<−90∘-270^\circ<\alpha<-90^\circ 把 53∘−α53^\circ-\alpha 的范围卡出来,才敢在开方时取负号)。
  5. 把 cos⁡(−α)=cos⁡α\cos(-\alpha) = \cos\alpha 写成 cos⁡(−α)=−cos⁡α\cos(-\alpha) = -\cos\alpha。 记住:余弦是”偶”的(关于 xx 轴对称时横坐标不变),正弦与正切是”奇”的。
  6. 度分秒当成小数。 38∘13′38^\circ13' 是 38+136038 + \frac{13}{60} 度,不是 38.13∘38.13^\circ。

五、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。本节现在连着这么几道:

  • 2018 年第 18 题(角的终边过 P(−35,−45)P\left(-\frac{3}{5},-\frac{4}{5}\right),求 sin⁡(α+π)\sin(\alpha+\pi), 再由 sin⁡(α+θ)=513\sin(\alpha+\theta)=\frac{5}{13} 求 cos⁡θ\cos\theta):第 (Ⅰ) 问是本节公式的原样考法—— sin⁡(α+π)=−sin⁡α\sin(\alpha+\pi)=-\sin\alpha,读出 sin⁡α=−45\sin\alpha=-\frac{4}{5} 就一步落地; 第 (Ⅱ) 问再把 θ\theta 写成 (α+θ)−α(\alpha+\theta)-\alpha,改用两角差的余弦。 本节负责第一问、第五节负责第二问,这道题把两者的分工摆得很清楚。
  • 2021 年第 18 题(f(x)=sin⁡x+cos⁡xf(x)=\sin x+\cos x 的两个复合式):第 (1) 问要把 [f(x+π2)]2\left[f\left(x+\frac{\pi}{2}\right)\right]^{2} 一路化到 1−sin⁡2x1-\sin 2x, 中间那步 cos⁡(2x+3π2)=sin⁡2x\cos\left(2x+\frac{3\pi}{2}\right)=\sin 2x 正是诱导公式; 这一步不用它,就得多绕一圈展开。它是”化简路上顺手用一次”的典型。
  • 2022 年第 13 题(互余角的三角等式求值):它正是第三节最后那条线索的考法—— 题面给出的两个角加起来是特殊角,第一步就是用诱导公式把它们并成一个角。 诱导公式在高考里几乎从不单独成题,它是”把两个看似无关的角接上”的那一步。

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 13 道:第 201 页「练习」3 道、第 201–202 页「习题 5.3」10 道 (复习巩固 8 道、拓广探索 2 道)。

其中「习题 5.3」第 10 题不收——它问”借助单位圆,还可以建立角的终边之间的哪些特殊位置关系? 由此还能得到三角函数值之间的哪些恒等关系”,是开放式的探索题,没有唯一解答。 其余 12 道逐题全做。

下文反复用到的诱导公式(k∈Zk \in \mathbf{Z}):

sin⁡(α+2kπ)=sin⁡α,sin⁡(π+α)=−sin⁡α,sin⁡(−α)=−sin⁡α,sin⁡(π−α)=sin⁡α,\sin(\alpha+2k\pi) = \sin\alpha, \quad \sin(\pi+\alpha) = -\sin\alpha, \quad \sin(-\alpha) = -\sin\alpha, \quad \sin(\pi-\alpha) = \sin\alpha, cos⁡(α+2kπ)=cos⁡α,cos⁡(π+α)=−cos⁡α,cos⁡(−α)=cos⁡α,cos⁡(π−α)=−cos⁡α,\cos(\alpha+2k\pi) = \cos\alpha, \quad \cos(\pi+\alpha) = -\cos\alpha, \quad \cos(-\alpha) = \cos\alpha, \quad \cos(\pi-\alpha) = -\cos\alpha, sin⁡(π2−α)=cos⁡α,cos⁡(π2−α)=sin⁡α,sin⁡(π2+α)=cos⁡α,cos⁡(π2+α)=−sin⁡α,\sin\left(\tfrac{\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\alpha, \quad \cos\left(\tfrac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha, \quad \sin\left(\tfrac{\pi}{2}+\alpha\right) = \cos\alpha, \quad \cos\left(\tfrac{\pi}{2}+\alpha\right) = -\sin\alpha,

以及正切那一组 tan⁡(α+kπ)=tan⁡α\tan(\alpha+k\pi) = \tan\alpha、tan⁡(−α)=−tan⁡α\tan(-\alpha) = -\tan\alpha。 按课本的约定,以下恒等式都是在使两边都有意义的前提下成立的。 每道题先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。

练习(第 201 页)第 1 题

  1. 用诱导公式求下列三角函数值(可用计算工具,第(3)(4)(6)题精确到 0.0001):

(1) cos⁡656π;\cos\frac{65}{6}\pi; (2) sin⁡(−314π);\sin\left(-\frac{31}{4}\pi\right); (3) cos⁡(−1182∘13′);\cos(-1182^{\circ}13^{\prime});

(4) sin⁡670∘39′\sin 670^{\circ}39' ; (5) tan⁡(−26π3)\tan\left(-\frac{26\pi}{3}\right) ; (6) tan⁡580∘21′\tan 580^{\circ}21' .

统一做法:先用公式一把角化到一圈以内,再看是不是特殊角——是就写精确值,不是就用计算工具。

(1) 656π−10π=65π−60π6=5π6\frac{65}{6}\pi - 10\pi = \frac{65\pi - 60\pi}{6} = \frac{5\pi}{6},故

cos⁡656π=cos⁡5π6=cos⁡(π−π6)=−cos⁡π6=−32.\cos\frac{65}{6}\pi = \cos\frac{5\pi}{6} = \cos\left(\pi - \frac{\pi}{6}\right) = -\cos\frac{\pi}{6} = -\frac{\sqrt3}{2}.

(2) −314π+8π=−31π+32π4=π4-\frac{31}{4}\pi + 8\pi = \frac{-31\pi + 32\pi}{4} = \frac{\pi}{4},故

sin⁡(−314π)=sin⁡π4=22.\sin\left(-\frac{31}{4}\pi\right) = \sin\frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt2}{2}.

(3) 先用余弦是偶的:cos⁡(−1182∘13′)=cos⁡(1182∘13′)\cos(-1182^\circ13') = \cos(1182^\circ13')。 再减周期:1182∘13′−3×360∘=1182∘13′−1080∘=102∘13′1182^\circ13' - 3 \times 360^\circ = 1182^\circ13' - 1080^\circ = 102^\circ13'。故

cos⁡(−1182∘13′)=cos⁡102∘13′≈−0.2116.\cos(-1182^\circ13') = \cos 102^\circ13' \approx -0.2116.

(102∘13′102^\circ13' 是第二象限角,余弦为负,与算得的负号相符。)

(4) 670∘39′−360∘=310∘39′670^\circ39' - 360^\circ = 310^\circ39',故

sin⁡670∘39′=sin⁡310∘39′≈−0.7587.\sin 670^\circ39' = \sin 310^\circ39' \approx -0.7587.

(310∘39′310^\circ39' 是第四象限角,正弦为负 ✓。)

(5) −26π3+10π=−26π+30π3=4π3-\frac{26\pi}{3} + 10\pi = \frac{-26\pi+30\pi}{3} = \frac{4\pi}{3},故

tan⁡(−26π3)=tan⁡4π3=tan⁡(π+π3)=tan⁡π3=3.\tan\left(-\frac{26\pi}{3}\right) = \tan\frac{4\pi}{3} = \tan\left(\pi + \frac{\pi}{3}\right) = \tan\frac{\pi}{3} = \sqrt3.

(6) 580∘21′−360∘=220∘21′580^\circ21' - 360^\circ = 220^\circ21',故

tan⁡580∘21′=tan⁡220∘21′=tan⁡(180∘+40∘21′)=tan⁡40∘21′≈0.8496.\tan 580^\circ21' = \tan 220^\circ21' = \tan(180^\circ + 40^\circ21') = \tan 40^\circ21' \approx 0.8496.

(220∘21′220^\circ21' 是第三象限角,正切为正 ✓。)

度分要先换算:102∘13′=102+1360≈102.2167∘102^\circ13' = 102 + \frac{13}{60} \approx 102.2167^\circ, 40∘21′=40+2160=40.35∘40^\circ21' = 40 + \frac{21}{60} = 40.35^\circ——别把 13′13' 当成 0.13∘0.13^\circ。

练习(第 201 页)第 2 题

  1. 证明:

(1) cos⁡(52π−α)=sin⁡α;\cos\left(\frac{5}{2}\pi-\alpha\right)=\sin\alpha;

(2) cos⁡(72π+α)=sin⁡α;\cos\left(\frac{7}{2}\pi+\alpha\right)=\sin\alpha;

(3) sin⁡(92π−α)=cos⁡α;\sin\left(\frac{9}{2}\pi-\alpha\right)=\cos\alpha;

(4) sin⁡(112π−α)=−cos⁡α.\sin\left(\frac{11}{2}\pi-\alpha\right)=-\cos\alpha.

四小问都按”先减周期,再用公式五或公式六”两步走。

(1) 52π−α=2π+(π2−α)\frac52\pi - \alpha = 2\pi + \left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right),故

cos⁡(52π−α)=cos⁡(π2−α)=sin⁡α.\cos\left(\frac52\pi - \alpha\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha.

(2) 72π+α=4π+(−π2+α)\frac72\pi + \alpha = 4\pi + \left(-\frac{\pi}{2} + \alpha\right),故

cos⁡(72π+α)=cos⁡(α−π2)=cos⁡(π2−α)=sin⁡α,\cos\left(\frac72\pi+\alpha\right) = \cos\left(\alpha - \frac{\pi}{2}\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha,

倒数第二步用了余弦是偶函数(cos⁡(−θ)=cos⁡θ\cos(-\theta) = \cos\theta,取 θ=π2−α\theta = \frac{\pi}{2}-\alpha)。

(3) 92π−α=4π+(π2−α)\frac92\pi - \alpha = 4\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right),故

sin⁡(92π−α)=sin⁡(π2−α)=cos⁡α.\sin\left(\frac92\pi - \alpha\right) = \sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\alpha.

(4) 112π−α=4π+(3π2−α)\frac{11}{2}\pi - \alpha = 4\pi + \left(\frac{3\pi}{2} - \alpha\right), 再把 3π2−α\frac{3\pi}{2}-\alpha 拆成 π+(π2−α)\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right):

sin⁡(112π−α)=sin⁡(3π2−α)=sin⁡[π+(π2−α)]=−sin⁡(π2−α)=−cos⁡α.\sin\left(\frac{11}{2}\pi-\alpha\right) = \sin\left(\frac{3\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\left[\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)\right] = -\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = -\cos\alpha.

用口诀核一遍(把 α\alpha 当锐角):(1) 52π−α\frac52\pi-\alpha 与 π2−α\frac{\pi}{2}-\alpha 终边相同, 在第一象限,cos⁡>0\cos>0,且 k=5k=5 为奇数要变名,故等于 +sin⁡α+\sin\alpha ✓; (4) 112π−α\frac{11}{2}\pi - \alpha 与 3π2−α\frac{3\pi}{2}-\alpha 终边相同,在第三象限,sin⁡<0\sin<0, k=11k=11 为奇数要变名,故等于 −cos⁡α-\cos\alpha ✓。

练习(第 201 页)第 3 题

  1. 化简:

(1) cos⁡(α−π2)sin⁡(5π2+α)sin⁡(α−2π)cos⁡(2π−α);\frac{\cos\left(\alpha-\frac{\pi}{2}\right)}{\sin\left(\frac{5\pi}{2}+\alpha\right)}\sin(\alpha-2\pi)\cos(2\pi-\alpha);

cos⁡2(−α)−tan⁡(2π+α)cos⁡(π2+α);\cos^ {2} (- \alpha) - \frac {\tan (2 \pi + \alpha)}{\cos \left(\frac {\pi}{2} + \alpha\right)};

(3) cos⁡(α−3π)cos⁡(3π2−α)sin⁡2(α−π2)\frac{\cos\left(\alpha-3\pi\right)\cos\left(\frac{3\pi}{2}-\alpha\right)}{\sin^{2}\left(\alpha-\frac{\pi}{2}\right)} .

(第二个引用块就是课本的第 (2) 小问——转写把它排版成了单独一行、编号丢了。 对着本节页面上方第 201 页的扫描图核过:cos⁡2(−α)\cos^2(-\alpha) 与后面那一项之间是一个 减号,那条分数线只跨 tan⁡(2π+α)\tan(2\pi+\alpha) 与 cos⁡(π2+α)\cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) 两行, 不是一条把 cos⁡2(−α)\cos^2(-\alpha) 也括进去的长分数线。所以下面 (2) 的结果不像 (1)(3) 那样简洁, 这是题目本来的样子,不是化简没做完。)

做法一律是逐个因式化成 α\alpha 的三角函数,再约。

(1) 逐个化:

cos⁡(α−π2)=cos⁡(π2−α)=sin⁡α(余弦是偶函数);\cos\left(\alpha - \frac{\pi}{2}\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha \quad (\text{余弦是偶函数}); sin⁡(5π2+α)=sin⁡[2π+(π2+α)]=sin⁡(π2+α)=cos⁡α;\sin\left(\frac{5\pi}{2}+\alpha\right) = \sin\left[2\pi + \left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)\right] = \sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = \cos\alpha; sin⁡(α−2π)=sin⁡α;cos⁡(2π−α)=cos⁡(−α)=cos⁡α.\sin(\alpha - 2\pi) = \sin\alpha; \qquad \cos(2\pi-\alpha) = \cos(-\alpha) = \cos\alpha.

代回原式:

sin⁡αcos⁡α⋅sin⁡α⋅cos⁡α=sin⁡2α\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} \cdot \sin\alpha \cdot \cos\alpha = \sin^2\alpha

(约掉 cos⁡α\cos\alpha 用到 cos⁡α≠0\cos\alpha \neq 0,这正是原式有意义所要求的)。

(2) 逐个化:

cos⁡2(−α)=(cos⁡α)2=cos⁡2α;tan⁡(2π+α)=tan⁡α;cos⁡(π2+α)=−sin⁡α.\cos^2(-\alpha) = (\cos\alpha)^2 = \cos^2\alpha; \qquad \tan(2\pi+\alpha) = \tan\alpha; \qquad \cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = -\sin\alpha.

于是那个分式

tan⁡(2π+α)cos⁡(π2+α)=tan⁡α−sin⁡α=−1sin⁡α⋅sin⁡αcos⁡α=−1cos⁡α\frac{\tan(2\pi+\alpha)}{\cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)} = \frac{\tan\alpha}{-\sin\alpha} = -\frac{1}{\sin\alpha}\cdot\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} = -\frac{1}{\cos\alpha}

(约掉 sin⁡α\sin\alpha 用到 sin⁡α≠0\sin\alpha \neq 0,这是原式分母不为零所要求的)。代回原式:

cos⁡2α−(−1cos⁡α)=cos⁡2α+1cos⁡α.\cos^2\alpha - \left(-\frac{1}{\cos\alpha}\right) = \cos^2\alpha + \frac{1}{\cos\alpha}.

(也可以通分写成 cos⁡3α+1cos⁡α\dfrac{\cos^3\alpha+1}{\cos\alpha},两种写法都对。 核一个数:取 α=1 rad\alpha = 1\ \mathrm{rad},原式 =cos⁡21−tan⁡1cos⁡(π2+1)=0.291927−1.557408−0.841471=0.291927+1.850816=2.142743= \cos^2 1 - \frac{\tan 1}{\cos\left(\frac{\pi}{2}+1\right)} = 0.291927 - \frac{1.557408}{-0.841471} = 0.291927 + 1.850816 = 2.142743; 而 cos⁡21+1cos⁡1=0.291927+1.850816=2.142743\cos^2 1 + \frac{1}{\cos 1} = 0.291927 + 1.850816 = 2.142743 ✓。)

(3) 逐个化:

cos⁡(α−3π)=cos⁡(α−3π+4π)=cos⁡(α+π)=−cos⁡α;\cos(\alpha - 3\pi) = \cos(\alpha - 3\pi + 4\pi) = \cos(\alpha + \pi) = -\cos\alpha;

cos⁡(3π2−α)=cos⁡[π+(π2−α)]=−cos⁡(π2−α)=−sin⁡α;\cos\left(\frac{3\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\left[\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)\right] = -\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = -\sin\alpha; sin⁡(α−π2)=−sin⁡(π2−α)=−cos⁡α⟹sin⁡2(α−π2)=cos⁡2α.\sin\left(\alpha - \frac{\pi}{2}\right) = -\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = -\cos\alpha \quad\Longrightarrow\quad \sin^2\left(\alpha-\frac{\pi}{2}\right) = \cos^2\alpha.

代回原式:

(−cos⁡α)(−sin⁡α)cos⁡2α=sin⁡αcos⁡αcos⁡2α=sin⁡αcos⁡α=tan⁡α.\frac{(-\cos\alpha)(-\sin\alpha)}{\cos^2\alpha} = \frac{\sin\alpha\cos\alpha}{\cos^2\alpha} = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} = \tan\alpha.

习题 5.3 第 1 题

  1. 用诱导公式求下列三角函数值(可用计算工具,第(2)(3)(4)(5)题精确到0.0001):

(1) cos⁡(−17π4)\cos\left(-\frac{17\pi}{4}\right) ; (2) sin⁡(−1574∘)\sin(-1574^{\circ}) ; (3) sin⁡(−2160∘52′)\sin(-2160^{\circ}52') ;

(4) cos⁡(−1751∘36′)\cos(-1751^{\circ}36') ; (5) cos⁡1615∘8′\cos1615^{\circ}8' ; (6) sin⁡(−263π)\sin\left(-\frac{26}{3}\pi\right) .

(1) 余弦是偶的,cos⁡(−17π4)=cos⁡17π4\cos\left(-\frac{17\pi}{4}\right) = \cos\frac{17\pi}{4}; 又 17π4−4π=π4\frac{17\pi}{4} - 4\pi = \frac{\pi}{4},故

cos⁡(−17π4)=cos⁡π4=22.\cos\left(-\frac{17\pi}{4}\right) = \cos\frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt2}{2}.

(2) −1574∘+5×360∘=−1574∘+1800∘=226∘-1574^\circ + 5\times360^\circ = -1574^\circ + 1800^\circ = 226^\circ,故

sin⁡(−1574∘)=sin⁡226∘≈−0.7193.\sin(-1574^\circ) = \sin 226^\circ \approx -0.7193.

(226∘226^\circ 是第三象限角,正弦为负 ✓。)

(3) −2160∘52′+6×360∘=−2160∘52′+2160∘=−52′-2160^\circ52' + 6\times360^\circ = -2160^\circ52' + 2160^\circ = -52',故

sin⁡(−2160∘52′)=sin⁡(−52′)=−sin⁡52′≈−0.0151.\sin(-2160^\circ52') = \sin(-52') = -\sin 52' \approx -0.0151.

(52′=5260∘≈0.8667∘52' = \frac{52}{60}^\circ \approx 0.8667^\circ,是一个很小的角,正弦也很小。)

(4) 余弦是偶的,cos⁡(−1751∘36′)=cos⁡(1751∘36′)\cos(-1751^\circ36') = \cos(1751^\circ36'); 1751∘36′−4×360∘=1751∘36′−1440∘=311∘36′1751^\circ36' - 4\times360^\circ = 1751^\circ36' - 1440^\circ = 311^\circ36',故

cos⁡(−1751∘36′)=cos⁡311∘36′≈0.6639.\cos(-1751^\circ36') = \cos 311^\circ36' \approx 0.6639.

(311∘36′311^\circ36' 是第四象限角,余弦为正 ✓。)

(5) 1615∘8′−4×360∘=1615∘8′−1440∘=175∘8′1615^\circ8' - 4\times360^\circ = 1615^\circ8' - 1440^\circ = 175^\circ8',故

cos⁡1615∘8′=cos⁡175∘8′≈−0.9964.\cos 1615^\circ8' = \cos 175^\circ8' \approx -0.9964.

(175∘8′175^\circ8' 接近 180∘180^\circ,余弦接近 −1-1 ✓。)

(6) −263π+10π=−26π+30π3=4π3-\frac{26}{3}\pi + 10\pi = \frac{-26\pi+30\pi}{3} = \frac{4\pi}{3},故

sin⁡(−263π)=sin⁡4π3=sin⁡(π+π3)=−sin⁡π3=−32.\sin\left(-\frac{26}{3}\pi\right) = \sin\frac{4\pi}{3} = \sin\left(\pi + \frac{\pi}{3}\right) = -\sin\frac{\pi}{3} = -\frac{\sqrt3}{2}.

习题 5.3 第 2 题

  1. 求证:

(1) sin⁡(360∘−α)=−sin⁡α;\sin(360^{\circ}-\alpha)=-\sin\alpha; (2) cos⁡(360∘−α)=cos⁡α;\cos(360^{\circ}-\alpha)=\cos\alpha;

(3) tan⁡(360∘−α)=−tan⁡α.\tan(360^{\circ}-\alpha)=-\tan\alpha.

三小问的证法完全一样:先用公式一减掉 360∘360^\circ,把角变成 −α-\alpha,再用公式三。

关键的第一步是:360∘−α360^\circ - \alpha 与 −α-\alpha 相差 360∘360^\circ,即它们终边相同, 所以同一三角函数的值相等(公式一)。

(1)

sin⁡(360∘−α)=sin⁡(−α)=−sin⁡α.\sin(360^\circ - \alpha) = \sin(-\alpha) = -\sin\alpha.

(2)

cos⁡(360∘−α)=cos⁡(−α)=cos⁡α.\cos(360^\circ - \alpha) = \cos(-\alpha) = \cos\alpha.

(3)

tan⁡(360∘−α)=tan⁡(−α)=−tan⁡α\tan(360^\circ - \alpha) = \tan(-\alpha) = -\tan\alpha

(第 (3) 问要求 tan⁡\tan 有意义,即 α≠90∘+k⋅180∘\alpha \neq 90^\circ + k\cdot180^\circ)。

用口诀核:360∘−α360^\circ - \alpha 写成 kπ2±α\frac{k\pi}{2}\pm\alpha 的形式是 k=4k=4(偶数), 所以函数名不变;把 α\alpha 当锐角时 360∘−α360^\circ-\alpha 在第四象限, 那里 sin⁡<0\sin<0、cos⁡>0\cos>0、tan⁡<0\tan<0——与上面三条的符号逐一相符 ✓。

习题 5.3 第 3 题

  1. 化简:

(1) 1+sin⁡(α−2π)sin⁡(π+α)−2cos⁡2(−α)1 + \sin(\alpha - 2\pi)\sin(\pi + \alpha) - 2\cos^{2}(-\alpha) ;

(2) sin⁡(−1071∘)sin⁡99∘+sin⁡(−171∘)sin⁡(−261∘)\sin(-1071^{\circ})\sin99^{\circ}+\sin(-171^{\circ})\sin(-261^{\circ}) .

(1) 逐个化:sin⁡(α−2π)=sin⁡α\sin(\alpha-2\pi) = \sin\alpha;sin⁡(π+α)=−sin⁡α\sin(\pi+\alpha) = -\sin\alpha; cos⁡(−α)=cos⁡α\cos(-\alpha) = \cos\alpha 故 cos⁡2(−α)=cos⁡2α\cos^2(-\alpha) = \cos^2\alpha。代回:

1+sin⁡α⋅(−sin⁡α)−2cos⁡2α=1−sin⁡2α−2cos⁡2α.1 + \sin\alpha \cdot (-\sin\alpha) - 2\cos^2\alpha = 1 - \sin^2\alpha - 2\cos^2\alpha.

再用平方关系 1−sin⁡2α=cos⁡2α1 - \sin^2\alpha = \cos^2\alpha:

=cos⁡2α−2cos⁡2α=−cos⁡2α.= \cos^2\alpha - 2\cos^2\alpha = -\cos^2\alpha.

(2) 四个角逐个化到 9∘9^\circ 上去。

sin⁡(−1071∘)=sin⁡(−1071∘+3×360∘)=sin⁡9∘;\sin(-1071^\circ) = \sin(-1071^\circ + 3\times360^\circ) = \sin 9^\circ;

sin⁡99∘=sin⁡(90∘+9∘)=cos⁡9∘;\sin 99^\circ = \sin(90^\circ + 9^\circ) = \cos 9^\circ;

sin⁡(−171∘)=−sin⁡171∘=−sin⁡(180∘−9∘)=−sin⁡9∘;\sin(-171^\circ) = -\sin 171^\circ = -\sin(180^\circ - 9^\circ) = -\sin 9^\circ;

sin⁡(−261∘)=sin⁡(−261∘+360∘)=sin⁡99∘=cos⁡9∘.\sin(-261^\circ) = \sin(-261^\circ + 360^\circ) = \sin 99^\circ = \cos 9^\circ.

代回原式:

sin⁡9∘cos⁡9∘+(−sin⁡9∘)(cos⁡9∘)=sin⁡9∘cos⁡9∘−sin⁡9∘cos⁡9∘=0.\sin 9^\circ\cos 9^\circ + (-\sin 9^\circ)(\cos 9^\circ) = \sin 9^\circ\cos9^\circ - \sin9^\circ\cos9^\circ = 0.

这道题的关键动作:四个角看着毫不相干,减掉若干个 360∘360^\circ 之后全落到 9∘9^\circ 附近—— “减周期”永远是第一步,减完再看有没有互余、互补的关系。

习题 5.3 第 4 题

  1. 在单位圆中,已知角 α\alpha 的终边与单位圆的交点为 P(−35,45)P\left(-\frac{3}{5}, \frac{4}{5}\right),分别求角 π+α,−α,π2+α\pi + \alpha, -\alpha, \frac{\pi}{2} + \alpha 的正弦、余弦函数值.

第一步:由交点坐标读出 sin⁡α\sin\alpha、cos⁡α\cos\alpha。 按定义(PP 在单位圆上,横坐标是余弦、 纵坐标是正弦):

cos⁡α=−35,sin⁡α=45.\cos\alpha = -\frac35, \qquad \sin\alpha = \frac45.

(核一下 PP 确实在单位圆上:(−35)2+(45)2=925+1625=1\left(-\frac35\right)^2+\left(\frac45\right)^2 = \frac{9}{25}+\frac{16}{25} = 1 ✓。)

第二步:逐个用诱导公式。

  • π+α\pi + \alpha(公式二):

    sin⁡(π+α)=−sin⁡α=−45,cos⁡(π+α)=−cos⁡α=35.\sin(\pi+\alpha) = -\sin\alpha = -\frac45, \qquad \cos(\pi+\alpha) = -\cos\alpha = \frac35.

  • −α-\alpha(公式三):

    sin⁡(−α)=−sin⁡α=−45,cos⁡(−α)=cos⁡α=−35.\sin(-\alpha) = -\sin\alpha = -\frac45, \qquad \cos(-\alpha) = \cos\alpha = -\frac35.

  • π2+α\frac{\pi}{2}+\alpha(公式六):

    sin⁡(π2+α)=cos⁡α=−35,cos⁡(π2+α)=−sin⁡α=−45.\sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = \cos\alpha = -\frac35, \qquad \cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = -\sin\alpha = -\frac45.

核一遍:三组值的平方和依次是 1625+925\frac{16}{25}+\frac{9}{25}、1625+925\frac{16}{25}+\frac{9}{25}、 925+1625\frac{9}{25}+\frac{16}{25},全是 11 ✓。

习题 5.3 第 5 题

  1. 已知 sin⁡(7π2+α)=35\sin\left(\frac{7\pi}{2}+\alpha\right)=\frac{3}{5} ,那么 cos⁡α=()\cos\alpha=(\quad) .

(A) −45-\frac{4}{5} (B) −35-\frac{3}{5} (C) 35\frac{3}{5} (D) 45\frac{4}{5}

答案:(B)。

先把 sin⁡(7π2+α)\sin\left(\frac{7\pi}{2}+\alpha\right) 化成 α\alpha 的三角函数。减掉 4π4\pi:

7π2+α=4π+(α−π2),\frac{7\pi}{2} + \alpha = 4\pi + \left(\alpha - \frac{\pi}{2}\right),

故

sin⁡(7π2+α)=sin⁡(α−π2)=−sin⁡(π2−α)=−cos⁡α,\sin\left(\frac{7\pi}{2}+\alpha\right) = \sin\left(\alpha - \frac{\pi}{2}\right) = -\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = -\cos\alpha,

(中间一步用了正弦是奇函数:sin⁡(−θ)=−sin⁡θ\sin(-\theta) = -\sin\theta,取 θ=π2−α\theta = \frac{\pi}{2}-\alpha。)

于是由题设 −cos⁡α=35-\cos\alpha = \frac35,即

cos⁡α=−35,\cos\alpha = -\frac35,

选 (B)。

用口诀核:7π2+α\frac{7\pi}{2}+\alpha 里 k=7k=7 为奇数,函数名 sin⁡\sin 要变成 cos⁡\cos; 把 α\alpha 当锐角时 7π2+α\frac{7\pi}{2}+\alpha 与 3π2+α\frac{3\pi}{2}+\alpha 终边相同,落在第四象限, 那里 sin⁡<0\sin<0,所以右边取负号——得 −cos⁡α-\cos\alpha ✓。

(A)(D) 是把 35\frac35 与 45\frac45 弄混的干扰项(本题根本不需要用平方关系去求另一个值); (C) 是丢了负号。

习题 5.3 第 6 题

  1. 已知 sin⁡(π+α)=−12\sin (\pi + \alpha) = -\frac{1}{2},计算:(1) sin⁡(5π−α)\sin (5\pi - \alpha);(2) sin⁡(π2+α)\sin \left(\frac{\pi}{2} + \alpha\right);(3) cos⁡(α−3π2)\cos \left(\alpha - \frac{3\pi}{2}\right);(4) tan⁡(π2−α)\tan \left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right).

先把条件翻译成 sin⁡α\sin\alpha。 由公式二,sin⁡(π+α)=−sin⁡α\sin(\pi+\alpha) = -\sin\alpha,故

−sin⁡α=−12⟹sin⁡α=12.-\sin\alpha = -\frac12 \quad \Longrightarrow \quad \sin\alpha = \frac12.

这里要留意一件事:题目只给了 sin⁡α=12\sin\alpha = \frac12,没有给象限, 所以 cos⁡α\cos\alpha 有两个可能的值:由平方关系 cos⁡2α=1−14=34\cos^2\alpha = 1 - \frac14 = \frac34,得

cos⁡α=±32\cos\alpha = \pm\frac{\sqrt3}{2}

(sin⁡α=12>0\sin\alpha = \frac12 > 0 只说明 α\alpha 是第一或第二象限角)。 凡是答案里出现 cos⁡α\cos\alpha 的小问,都要分两种情形。

(1) 5π−α=4π+(π−α)5\pi - \alpha = 4\pi + (\pi - \alpha),故

sin⁡(5π−α)=sin⁡(π−α)=sin⁡α=12.\sin(5\pi-\alpha) = \sin(\pi-\alpha) = \sin\alpha = \frac12.

(2) 由公式六,

sin⁡(π2+α)=cos⁡α=±32\sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = \cos\alpha = \pm\frac{\sqrt3}{2}

(α\alpha 在第一象限时取 32\frac{\sqrt3}{2},在第二象限时取 −32-\frac{\sqrt3}{2})。

(3) 余弦是偶的,再拆成 π+(π2−α)\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right):

cos⁡(α−3π2)=cos⁡(3π2−α)=cos⁡[π+(π2−α)]=−cos⁡(π2−α)=−sin⁡α=−12.\cos\left(\alpha - \frac{3\pi}{2}\right) = \cos\left(\frac{3\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\left[\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)\right] = -\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = -\sin\alpha = -\frac12.

(4) 由公式五,sin⁡(π2−α)=cos⁡α\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\alpha、 cos⁡(π2−α)=sin⁡α\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha,故

tan⁡(π2−α)=sin⁡(π2−α)cos⁡(π2−α)=cos⁡αsin⁡α=±3212=±3\tan\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \frac{\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)}{\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)} = \frac{\cos\alpha}{\sin\alpha} = \frac{\pm\frac{\sqrt3}{2}}{\frac12} = \pm\sqrt3

(同样,α\alpha 在第一象限时取 3\sqrt3,第二象限时取 −3-\sqrt3)。

小结:(1)(3) 只用到 sin⁡α\sin\alpha,答案唯一;(2)(4) 用到了 cos⁡α\cos\alpha, 所以必须分两种情形。这道题考的正是”什么时候会出现两个答案”。

习题 5.3 第 7 题

  1. 在 △ABC\triangle ABC 中,试判断下列关系是否成立,并说明理由. (1) cos⁡(A+B)=cos⁡C\cos (A + B) = \cos C (2) sin⁡(A+B)=sin⁡C\sin (A + B) = \sin C (3) sin⁡A+B2=sin⁡C2\sin \frac{A + B}{2} = \sin \frac{C}{2}; (4) cos⁡A+B2=cos⁡C2\cos \frac{A + B}{2} = \cos \frac{C}{2}.

先把三角形的条件写出来。 三角形内角和为 π\pi,故

A+B+C=π⟹A+B=π−C,A+B2=π2−C2.A + B + C = \pi \quad \Longrightarrow \quad A+B = \pi - C, \qquad \frac{A+B}{2} = \frac{\pi}{2} - \frac{C}{2}.

又 0<C<π0 < C < \pi,故 0<C2<π20 < \frac{C}{2} < \frac{\pi}{2}(这一条在下面判 (3)(4) 时要用)。

(1) 不成立。 由公式四,

cos⁡(A+B)=cos⁡(π−C)=−cos⁡C.\cos(A+B) = \cos(\pi - C) = -\cos C.

要它等于 cos⁡C\cos C,就得 −cos⁡C=cos⁡C-\cos C = \cos C,即 cos⁡C=0\cos C = 0,即 C=π2C = \frac{\pi}{2}。 所以这个关系只在直角三角形(且直角是 CC)时才成立,对一般三角形不成立。 举个反例:等边三角形里 A=B=C=π3A=B=C=\frac{\pi}{3},左边 cos⁡2π3=−12\cos\frac{2\pi}{3} = -\frac12, 右边 cos⁡π3=12\cos\frac{\pi}{3} = \frac12,两者不等。

(2) 成立。 由公式四,

sin⁡(A+B)=sin⁡(π−C)=sin⁡C,\sin(A+B) = \sin(\pi - C) = \sin C,

对任意三角形都成立。

(3) 不成立。 由公式五,

sin⁡A+B2=sin⁡(π2−C2)=cos⁡C2.\sin\frac{A+B}{2} = \sin\left(\frac{\pi}{2}-\frac{C}{2}\right) = \cos\frac{C}{2}.

要它等于 sin⁡C2\sin\frac{C}{2},就得 cos⁡C2=sin⁡C2\cos\frac{C}{2} = \sin\frac{C}{2}, 即 tan⁡C2=1\tan\frac{C}{2} = 1(此处 cos⁡C2≠0\cos\frac C2 \neq 0,因为 0<C2<π20<\frac C2<\frac{\pi}{2}), 即 C2=π4\frac{C}{2} = \frac{\pi}{4},C=π2C = \frac{\pi}{2}。同样只在直角时成立,一般不成立。 反例:等边三角形里 C=π3C = \frac{\pi}{3},左边 sin⁡π3=32\sin\frac{\pi}{3} = \frac{\sqrt3}{2}, 右边 sin⁡π6=12\sin\frac{\pi}{6} = \frac12,不等。

(4) 不成立。 由公式五,

cos⁡A+B2=cos⁡(π2−C2)=sin⁡C2,\cos\frac{A+B}{2} = \cos\left(\frac{\pi}{2}-\frac{C}{2}\right) = \sin\frac{C}{2},

要它等于 cos⁡C2\cos\frac{C}{2} 同样只能 C=π2C = \frac{\pi}{2}。反例同上:等边三角形里 左边 cos⁡π3=12\cos\frac{\pi}{3} = \frac12,右边 cos⁡π6=32\cos\frac{\pi}{6} = \frac{\sqrt3}{2},不等。

结论:只有 (2) 成立。 顺带把四条的正确形式记下来(它们在解三角形时天天用):

cos⁡(A+B)=−cos⁡C,sin⁡(A+B)=sin⁡C,sin⁡A+B2=cos⁡C2,cos⁡A+B2=sin⁡C2.\cos(A+B) = -\cos C, \quad \sin(A+B) = \sin C, \quad \sin\frac{A+B}{2} = \cos\frac{C}{2}, \quad \cos\frac{A+B}{2} = \sin\frac{C}{2}.

规律很清楚:整个角互补时(A+BA+B 与 CC),正弦不变、余弦变号; 半角互余时(A+B2\frac{A+B}{2} 与 C2\frac{C}{2}),正弦与余弦互换。

习题 5.3 第 8 题

  1. 已知 sin⁡(π3−x)=13\sin \left(\frac{\pi}{3} - x\right) = \frac{1}{3},且 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2},求 sin⁡(π6+x)\sin \left(\frac{\pi}{6} + x\right) 和 cos⁡(2π3+x)\cos \left(\frac{2\pi}{3} + x\right) 的值.

关键动作:先找角与角之间的关系,别急着解出 xx。 记 θ=π3−x\theta = \frac{\pi}{3} - x,则

(π3−x)+(π6+x)=π2(两个角互余),\left(\frac{\pi}{3}-x\right) + \left(\frac{\pi}{6}+x\right) = \frac{\pi}{2} \quad(\text{两个角互余}), (π3−x)+(2π3+x)=π(两个角互补).\left(\frac{\pi}{3}-x\right) + \left(\frac{2\pi}{3}+x\right) = \pi \quad(\text{两个角互补}).

于是两个所求都能用 θ\theta 表示:π6+x=π2−θ\frac{\pi}{6}+x = \frac{\pi}{2} - \theta, 2π3+x=π−θ\frac{2\pi}{3}+x = \pi - \theta。

第一个所求(公式五):

sin⁡(π6+x)=sin⁡(π2−θ)=cos⁡θ.\sin\left(\frac{\pi}{6}+x\right) = \sin\left(\frac{\pi}{2}-\theta\right) = \cos\theta.

第二个所求(公式四):

cos⁡(2π3+x)=cos⁡(π−θ)=−cos⁡θ.\cos\left(\frac{2\pi}{3}+x\right) = \cos(\pi - \theta) = -\cos\theta.

所以只要求出 cos⁡θ\cos\theta。 由平方关系,cos⁡2θ=1−sin⁡2θ=1−19=89\cos^2\theta = 1 - \sin^2\theta = 1 - \frac19 = \frac89, 故 cos⁡θ=±223\cos\theta = \pm\frac{2\sqrt2}{3}。

定号(这一步不能跳)。 由 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2} 得

−π6<π3−x<π3,即−π6<θ<π3.-\frac{\pi}{6} < \frac{\pi}{3} - x < \frac{\pi}{3}, \qquad \text{即} \qquad -\frac{\pi}{6} < \theta < \frac{\pi}{3}.

又由题设 sin⁡θ=13>0\sin\theta = \frac13 > 0,把 θ\theta 进一步限制在 0<θ<π30 < \theta < \frac{\pi}{3}。 这一段完全落在第一象限内,故 cos⁡θ>0\cos\theta > 0,取

cos⁡θ=223.\cos\theta = \frac{2\sqrt2}{3}.

答案:

sin⁡(π6+x)=223,cos⁡(2π3+x)=−223.\sin\left(\frac{\pi}{6}+x\right) = \frac{2\sqrt2}{3}, \qquad \cos\left(\frac{2\pi}{3}+x\right) = -\frac{2\sqrt2}{3}.

核一遍:两个答案互为相反数,正与”互余给 cos⁡θ\cos\theta、互补给 −cos⁡θ-\cos\theta“相符 ✓; 数值上 223≈0.943\frac{2\sqrt2}{3} \approx 0.943,而 sin⁡θ=13\sin\theta = \frac13 对应 θ≈0.3398\theta \approx 0.3398(约 19.5∘19.5^\circ),cos⁡θ≈0.943\cos\theta \approx 0.943 ✓。

习题 5.3 第 9 题

  1. 化简下列各式,其中 n∈Zn \in Z :

(1) sin⁡(nπ2+α)\sin\left(\frac{n\pi}{2}+\alpha\right) ; (2) cos⁡(nπ2−α)\cos\left(\frac{n\pi}{2}-\alpha\right) .

因为 nπ2\frac{n\pi}{2} 每增加 44 个单位的 nn 就多转一整圈(2π2\pi), 所以按 nn 被 44 除的余数分四类就够了:任何整数 nn 都可以写成 4k4k、4k+14k+1、4k+24k+2、4k+34k+3(k∈Zk \in \mathbf{Z})之一。

(1) 逐类化简:

  • n=4kn = 4k:nπ2=2kπ\frac{n\pi}{2} = 2k\pi,故 sin⁡(2kπ+α)=sin⁡α\sin(2k\pi+\alpha) = \sin\alpha;
  • n=4k+1n = 4k+1:nπ2=2kπ+π2\frac{n\pi}{2} = 2k\pi + \frac{\pi}{2},故 sin⁡(2kπ+π2+α)=sin⁡(π2+α)=cos⁡α\sin\left(2k\pi + \frac{\pi}{2}+\alpha\right) = \sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = \cos\alpha;
  • n=4k+2n = 4k+2:nπ2=2kπ+π\frac{n\pi}{2} = 2k\pi + \pi,故 sin⁡(2kπ+π+α)=sin⁡(π+α)=−sin⁡α\sin(2k\pi+\pi+\alpha) = \sin(\pi+\alpha) = -\sin\alpha;
  • n=4k+3n = 4k+3:nπ2=2kπ+3π2\frac{n\pi}{2} = 2k\pi + \frac{3\pi}{2},故 sin⁡(2kπ+3π2+α)=sin⁡(3π2+α)=sin⁡[π+(π2+α)]=−sin⁡(π2+α)=−cos⁡α\sin\left(2k\pi+\frac{3\pi}{2}+\alpha\right) = \sin\left(\frac{3\pi}{2}+\alpha\right) = \sin\left[\pi + \left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)\right] = -\sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right) = -\cos\alpha。

即

sin⁡(nπ2+α)={sin⁡α,n=4k,cos⁡α,n=4k+1,−sin⁡α,n=4k+2,−cos⁡α,n=4k+3,k∈Z.\sin\left(\frac{n\pi}{2}+\alpha\right) = \begin{cases} \sin\alpha, & n = 4k, \\ \cos\alpha, & n = 4k+1, \\ -\sin\alpha, & n = 4k+2, \\ -\cos\alpha, & n = 4k+3, \end{cases} \qquad k \in \mathbf{Z}.

(2) 同法逐类化简:

  • n=4kn = 4k:cos⁡(2kπ−α)=cos⁡(−α)=cos⁡α\cos(2k\pi - \alpha) = \cos(-\alpha) = \cos\alpha;
  • n=4k+1n = 4k+1:cos⁡(2kπ+π2−α)=cos⁡(π2−α)=sin⁡α\cos\left(2k\pi + \frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = \sin\alpha;
  • n=4k+2n = 4k+2:cos⁡(2kπ+π−α)=cos⁡(π−α)=−cos⁡α\cos(2k\pi+\pi-\alpha) = \cos(\pi-\alpha) = -\cos\alpha;
  • n=4k+3n = 4k+3:cos⁡(2kπ+3π2−α)=cos⁡(3π2−α)=cos⁡[π+(π2−α)]=−cos⁡(π2−α)=−sin⁡α\cos\left(2k\pi + \frac{3\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\left(\frac{3\pi}{2}-\alpha\right) = \cos\left[\pi + \left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)\right] = -\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right) = -\sin\alpha。

即

cos⁡(nπ2−α)={cos⁡α,n=4k,sin⁡α,n=4k+1,−cos⁡α,n=4k+2,−sin⁡α,n=4k+3,k∈Z.\cos\left(\frac{n\pi}{2}-\alpha\right) = \begin{cases} \cos\alpha, & n = 4k, \\ \sin\alpha, & n = 4k+1, \\ -\cos\alpha, & n = 4k+2, \\ -\sin\alpha, & n = 4k+3, \end{cases} \qquad k \in \mathbf{Z}.

这道题是”奇变偶不变”那句口诀的完整版:nn 为偶数(4k4k 与 4k+24k+2)时函数名不变, nn 为奇数(4k+14k+1 与 4k+34k+3)时 sin⁡\sin 与 cos⁡\cos 互换;至于符号, 按把 α\alpha 当锐角时那个角落在第几象限来定,与上面逐类算出来的结果完全一致。

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5.3 诱导公式

前面利用圆的几何性质,得到了同角三角函数之间的基本关系。我们知道,圆的最重要的性质是对称性,而对称性(如奇偶性)也是函数的重要性质。由此想到,可以利用圆的对称性,研究三角函数的对称性。

探究1

如图 5.3-1,在直角坐标系内,设任意角 α\alpha 的终边与单位圆交于点 P1P_{1} .

(1)作 P1P_{1} 关于原点的对称点 P2P_{2},以 OP2OP_{2} 为终边的角 β\beta 与角 α\alpha 有什么关系?角 β,α\beta, \alpha 的三角函数值之间有什么关系?

(2)如果作 P1P_{1} 关于 xx 轴(或 yy 轴)的对称点P3P_{3} (或 P4P_{4} ),那么又可以得到什么结论?

图5.3-1

下面,借助单位圆的对称性进行探究.

如图5.3-2,以 OP2OP_{2} 为终边的角 β\beta 都是与角 π+α\pi +\alpha 终边相同的角,即 β=2kπ+(π+α)(k∈Z)\beta = 2k\pi +(\pi +\alpha)(k\in \mathbf{Z}) ,因此,只要探究角 π+α\pi +\alpha 与 α\alpha 的三角函数值之间的关系即可.

设 P1(x1,y1),P2(x2,y2)P_{1}(x_{1},y_{1}),P_{2}(x_{2},y_{2}) .因为 P2P_{2} 是点 P1P_{1} 关于原点的对称点,所以

x2=−x1,y2=−y1.x _ {2} = - x _ {1}, y _ {2} = - y _ {1}.

根据三角函数的定义,得

sin⁡α=y1,cos⁡α=x1,tan⁡α=y1x1;\sin \alpha = y _ {1}, \qquad \cos \alpha = x _ {1}, \qquad \tan \alpha = \frac {y _ {1}}{x _ {1}};

sin⁡(π+α)=y2,cos⁡(π+α)=x2,tan⁡(π+α)=y2x2.\sin (\pi + \alpha) = y _ {2}, \cos (\pi + \alpha) = x _ {2}, \tan (\pi + \alpha) = \frac {y _ {2}}{x _ {2}}.

从而得

图5.3-2

。

角 π+α\pi +\alpha 还可以看作是角 α\alpha 的终边按逆时针方向旋转角 π\pi 得到的.

公式二

如图5.3-3,作 P1P_{1} 关于 xx 轴的对称点 P3P_{3},则以OP3OP_{3} 为终边的角为 −α-\alpha,并且有

公式三

如图 5.3-4,作 P1P_{1} 关于 y 轴的对称点 P4P_{4} ,则以 OP4OP_{4} 为终边的角为 π−α\pi-\alpha ,并且有

公式四

例 1 利用公式求下列三角函数值:

(1) cos⁡225∘\cos 225^{\circ}; (2) sin⁡8π3\sin \frac{8\pi}{3};

(3) sin⁡(−16π3)\sin\left(-\frac{16\pi}{3}\right) ;

(4) tan⁡(−2040∘)\tan(-2040^{\circ}).

解:(1) cos⁡225∘=cos⁡(180∘+45∘)\cos 225^{\circ} = \cos(180^{\circ} + 45^{\circ})

(2)sin⁡8π3=sin⁡(2π+2π3)=sin⁡2π3=sin⁡(π−π3)=sin⁡π3=32;\begin{array}{r l} (2) \sin \frac {8 \pi}{3} & = \sin \left(2 \pi + \frac {2 \pi}{3}\right) \\ & = \sin \frac {2 \pi}{3} = \sin \left(\pi - \frac {\pi}{3}\right) \\ & = \sin \frac {\pi}{3} = \frac {\sqrt {3}}{2}; \end{array}

图5.3-3

图5.3-4

• •

请你类比公式二,证明公式三和公式四.

sin⁡(−16π3)=−sin⁡16π3=−sin⁡(5π+π3)=−(−sin⁡π3)=32;\begin{array}{r l} \sin (- \frac {1 6 \pi}{3}) & = - \sin \frac {1 6 \pi}{3} \\ & = - \sin (5 \pi + \frac {\pi}{3}) \\ & = - (- \sin \frac {\pi}{3}) = \frac {\sqrt {3}}{2}; \end{array}

(4)tan⁡(−2040∘)=−tan⁡2040∘=−tan⁡(6×360∘−120∘)=tan⁡120∘=tan⁡(180∘−60∘)=−tan⁡60∘=−3.\begin{array}{r l} (4) \tan (- 2 0 4 0 ^ {\circ}) & = - \tan 2 0 4 0 ^ {\circ} \\ & = - \tan (6 \times 3 6 0 ^ {\circ} - 1 2 0 ^ {\circ}) \\ & = \tan 1 2 0 ^ {\circ} = \tan (1 8 0 ^ {\circ} - 6 0 ^ {\circ}) \\ & = - \tan 6 0 ^ {\circ} = - \sqrt {3}. \end{array}

思考

由例1,你对公式一~公式四的作用有什么进一步的认识?你能自己归纳一下把任意角的三角函数转化为锐角三角函数的步骤吗?

利用公式一~公式四,可以把任意角的三角函数转化为锐角三角函数,一般可按下面步骤进行:

数学史上,求三角函数值曾经是一个重要而困难的问题。数学家制作了锐角三角函数表,并通过公式一~公式四,按上述步骤解决了问题。现在,我们可以利用计算工具方便地求任意角的三角函数值,所以这些公式的“求值”作用已经不重要了,但它们所体现的三角函数的对称性,在解决三角函数的各种问题中却依然有重要的作用。

例 2 化简

cos⁡(180∘+α)sin⁡(α+360∘)tan⁡(−α−180∘)cos⁡(−180∘+α).\frac {\cos (180^{\circ} + \alpha)\sin(\alpha + 360^{\circ})}{\tan(-\alpha - 180^{\circ})\cos(-180^{\circ} + \alpha)}.

解:

tan⁡(−α−180∘)=tan⁡[−(180∘+α)]=−tan⁡(180∘+α)=−tan⁡α,\begin{array}{r l} \tan (- \alpha - 1 8 0 ^ {\circ}) & = \tan [ - (1 8 0 ^ {\circ} + \alpha) ] \\ & = - \tan (1 8 0 ^ {\circ} + \alpha) \\ & = - \tan \alpha , \end{array}

cos⁡(−180∘+α)=cos⁡[−(180∘−α)]=cos⁡(180∘−α)=−cos⁡α,\begin{array}{r l} \cos (- 1 8 0 ^ {\circ} + \alpha) & = \cos [ - (1 8 0 ^ {\circ} - \alpha) ] \\ & = \cos (1 8 0 ^ {\circ} - \alpha) \\ & = - \cos \alpha , \end{array}

原式=−cos⁡αsin⁡α(−tan⁡α)(−cos⁡α)=−cos⁡α.\mathrm{\text{原式}} = \frac {- \cos \alpha \sin \alpha}{(- \tan \alpha) (- \cos \alpha)} = - \cos \alpha .

练习

  1. 将下列三角函数转化为锐角三角函数,并填在题中横线上:

(1) cos⁡139π=\cos \frac{13}{9}\pi = ____; (2) sin⁡(1+π)=\sin (1 + \pi) = ____; (3) sin⁡(−π5)=\sin \left(-\frac{\pi}{5}\right) = ____; (4) tan⁡(−70∘6′)=\tan (-70^{\circ}6') = ____; (5) cos⁡6π7=\cos \frac{6\pi}{7} = ____; (6) tan⁡1000∘21′=\tan 1000^{\circ}21' = ____.

  1. 利用公式求下列三角函数值: (1) cos⁡(−420∘)\cos(-420^{\circ}) ; (2) sin⁡(−76π)\sin\left(-\frac{7}{6}\pi\right) ; (3) tan⁡(−1140∘)\tan(-1140^{\circ}) ; (4) cos⁡(−776π)\cos\left(-\frac{77}{6}\pi\right) ; (5) tan⁡315∘\tan315^{\circ} ; (6) sin⁡(−114π)\sin\left(-\frac{11}{4}\pi\right) .

  2. 化简:

(1) sin⁡(−α−180∘)cos⁡(−α)sin⁡(−α+180∘)\sin(-\alpha-180^{\circ})\cos(-\alpha)\sin(-\alpha+180^{\circ}) ;

(2) cos⁡3(−α)sin⁡(2π+α)tan⁡3(−α−π).\cos^{3}(-\alpha)\sin(2\pi+\alpha)\tan^{3}(-\alpha-\pi).

  1. 填表:

下面在探究 1 的基础上继续探究.

探究2

作 P1P_{1} 关于直线 y=xy = x 的对称点 P5P_{5},以 OP5OP_{5} 为终边的角 γ\gamma 与角 α\alpha 有什么关系?角 γ\gamma 与角 α\alpha 的三角函数值之间有什么关系?

如图5.3-5,以 OP5OP_{5} 为终边的角 γ\gamma 都是与角 π2−α\frac{\pi}{2} -\alpha 终边相同的角,即 γ=2kπ+(π2−α)\gamma = 2k\pi +\left(\frac{\pi}{2} -\alpha\right) (k∈Z)(k\in \mathbf{Z}) ,因此,只要探究角 π2−α\frac{\pi}{2} -\alpha 与 α\alpha 的三角函数值之间的关系即可.

设 P5(x5,y5)P_{5}(x_{5},y_{5}) ,由于 P5P_{5} 是点 P1P_{1} 关于直线 y=xy = x 的对称点,可以证明

x5=y1,y5=x1.(1◯)x _ {5} = y _ {1}, y _ {5} = x _ {1}.\tag{\text{\textcircled{1}}}

根据三角函数的定义,得

sin⁡(π2−α)=y5,cos⁡(π2−α)=x5.\sin (\frac {\pi}{2} - \alpha) = y _ {5}, \cos (\frac {\pi}{2} - \alpha) = x _ {5}.

从而得

公式五

图5.3-5

sin⁡(π2−α)=cos⁡α,\sin (\frac {\pi}{2} - \alpha) = \cos \alpha ,

cos⁡(π2−α)=sin⁡α.\cos \left(\frac {\pi}{2} - \alpha\right) = \sin \alpha .

?

你能利用平面几何的知识,就图 5.3-5 所示的情况证明①式吗?其他情况呢?

探究3

作 P5P_{5} 关于 yy 轴的对称点,又能得到什么结论?

类似地,可得

公式六

sin⁡(π2+α)=cos⁡α,\sin (\frac {\pi}{2} + \alpha) = \cos \alpha ,

cos⁡(π2+α)=−sin⁡α.\cos \left(\frac {\pi}{2} + \alpha\right) = - \sin \alpha .

角 π2+α\frac{\pi}{2}+\alpha 的终边与角 α\alpha 的终边具有怎样的对称性?据此你将如何证明公式六?

利用公式五或公式六,可以实现正弦函数与余弦函数的相互转化。公式一~公式六都叫做诱导公式。

例 3 证明:

(1) sin⁡(3π2−α)=−cos⁡α\sin \left(\frac{3\pi}{2} - \alpha\right) = -\cos \alpha;

(2) cos⁡(3π2+α)=sin⁡α.\cos \left(\frac{3\pi}{2} + \alpha\right) = \sin \alpha.

证明:(1) sin⁡(3π2−α)=sin⁡[π+(π2−α)]\sin \left(\frac{3\pi}{2} -\alpha\right) = \sin \left[\pi +\left(\frac{\pi}{2} -\alpha\right)\right] =−sin⁡(π2−α)=−cos⁡α;= -\sin \left(\frac{\pi}{2} -\alpha\right) = -\cos \alpha ;

(2) cos⁡(3π2+α)=cos⁡[π+(π2+α)]\cos \left(\frac{3\pi}{2} + \alpha\right) = \cos \left[\pi + \left(\frac{\pi}{2} + \alpha\right)\right] =−cos⁡(π2+α)=sin⁡α.= -\cos \left(\frac{\pi}{2} + \alpha\right) = \sin \alpha.

例4 化简

sin⁡(2π−α)cos⁡(π+α)cos⁡(π2+α)cos⁡(11π2−α)cos⁡(π−α)sin⁡(3π−α)sin⁡(−π−α)sin⁡(9π2+α).\frac {\sin (2 \pi - \alpha) \cos (\pi + \alpha) \cos \left(\frac {\pi}{2} + \alpha\right) \cos \left(\frac {1 1 \pi}{2} - \alpha\right)}{\cos (\pi - \alpha) \sin (3 \pi - \alpha) \sin (- \pi - \alpha) \sin \left(\frac {9 \pi}{2} + \alpha\right)}.

解:原式

=(−sin⁡α)(−cos⁡α)(−sin⁡α)cos⁡[5π+(π2−α)](−cos⁡α)sin⁡(π−α)[−sin⁡(π+α)]sin⁡[4π+(π2+α)]=−sin⁡2αcos⁡α[−cos⁡(π2−α)](−cos⁡α)sin⁡α[−(−sin⁡α)]sin⁡(π2+α)=−sin⁡αcos⁡α=−tan⁡α.\begin{array}{l} = \frac {(- \sin \alpha) (- \cos \alpha) (- \sin \alpha) \cos \left[ 5 \pi + \left(\frac {\pi}{2} - \alpha\right) \right]}{(- \cos \alpha) \sin (\pi - \alpha) [ - \sin (\pi + \alpha) ] \sin \left[ 4 \pi + \left(\frac {\pi}{2} + \alpha\right) \right]} \\ = \frac {- \sin^ {2} \alpha \cos \alpha \left[ - \cos \left(\frac {\pi}{2} - \alpha\right) \right]}{(- \cos \alpha) \sin \alpha [ - (- \sin \alpha) ] \sin \left(\frac {\pi}{2} + \alpha\right)} \\ = - \frac {\sin \alpha}{\cos \alpha} = - \tan \alpha . \end{array}

例5 已知 sin⁡(53∘−α)=15\sin (53^{\circ} - \alpha) = \frac{1}{5},且 −270∘<α<−90∘-270^{\circ} < \alpha < -90^{\circ},求 sin⁡(37∘+α)\sin (37^{\circ} + \alpha) 的值.

分析:联系条件与结论,注意到 (53∘−α)+(37∘+α)=90∘(53^{\circ} - \alpha) + (37^{\circ} + \alpha) = 90^{\circ},由此可利用诱导公式解决问题.

解:因为 (53∘−α)+(37∘+α)=90∘(53^{\circ} - \alpha) + (37^{\circ} + \alpha) = 90^{\circ},所以由诱导公式五,得

因为

sin⁡(37∘+α)=sin⁡[90∘−(53∘−α)]=cos⁡(53∘−α)−270∘<α<−90∘,143∘<53∘−α<323∘.\begin{array}{r l} \sin (3 7 ^ {\circ} + \alpha) & = \sin [ 9 0 ^ {\circ} - (5 3 ^ {\circ} - \alpha) ] \\ & = \cos (5 3 ^ {\circ} - \alpha) \\ & - 2 7 0 ^ {\circ} < \alpha < - 9 0 ^ {\circ}, \\ & 1 4 3 ^ {\circ} < 5 3 ^ {\circ} - \alpha < 3 2 3 ^ {\circ}. \end{array}

所以

由 sin⁡(53∘−α)=15>0\sin (53^{\circ} - \alpha) = \frac{1}{5} >0 ,得 143∘<53∘−α<180∘143^{\circ} < 53^{\circ} - \alpha < 180^{\circ}

所以

cos⁡(53∘−α)=−1−sin⁡2(53∘−α)=−1−(15)2=−265,\cos (53^{\circ} - \alpha) = -\sqrt{1 - \sin^2 (53^{\circ} - \alpha)} = -\sqrt{1 - \left(\frac{1}{5}\right)^2} = -\frac{2\sqrt{6}}{5},

所以

sin⁡(37∘+α)=−265.\sin (3 7 ^ {\circ} + \alpha) = - \frac {2 \sqrt {6}}{5}.

  1. 用诱导公式求下列三角函数值(可用计算工具,第(3)(4)(6)题精确到 0.0001): (1) cos⁡656π;\cos\frac{65}{6}\pi; (2) sin⁡(−314π);\sin\left(-\frac{31}{4}\pi\right); (3) cos⁡(−1182∘13′);\cos(-1182^{\circ}13^{\prime}); (4) sin⁡670∘39′\sin 670^{\circ}39' ; (5) tan⁡(−26π3)\tan\left(-\frac{26\pi}{3}\right) ; (6) tan⁡580∘21′\tan 580^{\circ}21' .

  2. 证明: (1) cos⁡(52π−α)=sin⁡α;\cos\left(\frac{5}{2}\pi-\alpha\right)=\sin\alpha;

(2) cos⁡(72π+α)=sin⁡α;\cos\left(\frac{7}{2}\pi+\alpha\right)=\sin\alpha;

(3) sin⁡(92π−α)=cos⁡α;\sin\left(\frac{9}{2}\pi-\alpha\right)=\cos\alpha;

(4) sin⁡(112π−α)=−cos⁡α.\sin\left(\frac{11}{2}\pi-\alpha\right)=-\cos\alpha.

  1. 化简: (1) cos⁡(α−π2)sin⁡(5π2+α)sin⁡(α−2π)cos⁡(2π−α);\frac{\cos\left(\alpha-\frac{\pi}{2}\right)}{\sin\left(\frac{5\pi}{2}+\alpha\right)}\sin(\alpha-2\pi)\cos(2\pi-\alpha); (3) cos⁡(α−3π)cos⁡(3π2−α)sin⁡2(α−π2)\frac{\cos\left(\alpha-3\pi\right)\cos\left(\frac{3\pi}{2}-\alpha\right)}{\sin^{2}\left(\alpha-\frac{\pi}{2}\right)} .

cos⁡2(−α)−tan⁡(2π+α)cos⁡(π2+α);\cos^ {2} (- \alpha) - \frac {\tan (2 \pi + \alpha)}{\cos \left(\frac {\pi}{2} + \alpha\right)};

习题5.3

复习巩固

  1. 用诱导公式求下列三角函数值(可用计算工具,第(2)(3)(4)(5)题精确到0.0001): (1) cos⁡(−17π4)\cos\left(-\frac{17\pi}{4}\right) ; (2) sin⁡(−1574∘)\sin(-1574^{\circ}) ; (3) sin⁡(−2160∘52′)\sin(-2160^{\circ}52') ; (4) cos⁡(−1751∘36′)\cos(-1751^{\circ}36') ; (5) cos⁡1615∘8′\cos1615^{\circ}8' ; (6) sin⁡(−263π)\sin\left(-\frac{26}{3}\pi\right) .

  2. 求证: (1) sin⁡(360∘−α)=−sin⁡α;\sin(360^{\circ}-\alpha)=-\sin\alpha; (2) cos⁡(360∘−α)=cos⁡α;\cos(360^{\circ}-\alpha)=\cos\alpha; (3) tan⁡(360∘−α)=−tan⁡α.\tan(360^{\circ}-\alpha)=-\tan\alpha.

  3. 化简: (1) 1+sin⁡(α−2π)sin⁡(π+α)−2cos⁡2(−α)1 + \sin(\alpha - 2\pi)\sin(\pi + \alpha) - 2\cos^{2}(-\alpha) ; (2) sin⁡(−1071∘)sin⁡99∘+sin⁡(−171∘)sin⁡(−261∘)\sin(-1071^{\circ})\sin99^{\circ}+\sin(-171^{\circ})\sin(-261^{\circ}) .

  4. 在单位圆中,已知角 α\alpha 的终边与单位圆的交点为 P(−35,45)P\left(-\frac{3}{5}, \frac{4}{5}\right),分别求角 π+α,−α,π2+α\pi + \alpha, -\alpha, \frac{\pi}{2} + \alpha 的正弦、余弦函数值.

  1. 已知 sin⁡(7π2+α)=35\sin\left(\frac{7\pi}{2}+\alpha\right)=\frac{3}{5} ,那么 cos⁡α=()\cos\alpha=(\quad) . (A) −45-\frac{4}{5} (B) −35-\frac{3}{5} (C) 35\frac{3}{5} (D) 45\frac{4}{5}

  2. 已知 sin⁡(π+α)=−12\sin (\pi + \alpha) = -\frac{1}{2},计算:(1) sin⁡(5π−α)\sin (5\pi - \alpha);(2) sin⁡(π2+α)\sin \left(\frac{\pi}{2} + \alpha\right);(3) cos⁡(α−3π2)\cos \left(\alpha - \frac{3\pi}{2}\right);(4) tan⁡(π2−α)\tan \left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right).

  3. 在 △ABC\triangle ABC 中,试判断下列关系是否成立,并说明理由. (1) cos⁡(A+B)=cos⁡C\cos (A + B) = \cos C (2) sin⁡(A+B)=sin⁡C\sin (A + B) = \sin C (3) sin⁡A+B2=sin⁡C2\sin \frac{A + B}{2} = \sin \frac{C}{2}; (4) cos⁡A+B2=cos⁡C2\cos \frac{A + B}{2} = \cos \frac{C}{2}.

  4. 已知 sin⁡(π3−x)=13\sin \left(\frac{\pi}{3} - x\right) = \frac{1}{3},且 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2},求 sin⁡(π6+x)\sin \left(\frac{\pi}{6} + x\right) 和 cos⁡(2π3+x)\cos \left(\frac{2\pi}{3} + x\right) 的值.

拓广探索

  1. 化简下列各式,其中 n∈Zn \in Z : (1) sin⁡(nπ2+α)\sin\left(\frac{n\pi}{2}+\alpha\right) ; (2) cos⁡(nπ2−α)\cos\left(\frac{n\pi}{2}-\alpha\right) .

  2. 借助单位圆,还可以建立角的终边之间的哪些特殊位置关系?由此还能得到三角函数值之间的哪些恒等关系?