用单位圆妙解三角题

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  求值
  例1  已知[sinα+sinβ=m,cosα+cosβ=n(mn≠0),]求[tan(α+β)].
  解析  如图1所示,利用单位圆,有点[A(cosα,sinα),][B(cosβ,sinβ),] 其中[α,β]为倾斜角,挖掘[α+β2]的意义为弦[AB]的中点[C(m2,n2)]和原点连线的倾斜角. 由斜率的意义[tanα+β2=mn,]由二倍角公式得[tan(α+β)=2mnn2-m2.]
  点拨  巧妙地利用单位圆,不仅极大地简化了解题过程,而且提高了思维的创造性.
   [图1] [图2]
  求最值
  例2  求函数[u=sinα2+cosα]的最值.
  解析  [u=sinα-0cosα-(-2)]表示点[P(cosα,sinα)]与[A(-2,0)]连线的斜率,而[P(cosα,sinα)]在单位圆[x2+y2=1]上,如图2. 过[A]作单位圆的切线[AB]和[AC],易得[kAB =33],[kAC =-33],故[umax =33],[umin =-–33].
  点拨  通过利用单位圆,快速、简捷地获解,令人拍手叫绝.
  解三角方程
  例3  若[2sin(2x+π3)=1],求[x]的值.
  解析  设[2x+π3=α],则已知式可化为[sinα=12]. 过[y]轴上的点[N(0,12)]作[x]轴的平行线,交单位圆与点[A]和[B],则[OA]和[OB]为角[α]的终边,如图3所示. 可见[∠xOA=π6,][∠xOB=5π6,]故角[α]的集合是[{α|α=][2kπ+π6]或[α=2kπ+5π6,k∈Z},]即[{x|2x+π3=2kπ+π6]或[2x+π3=2kπ+5π6,k∈Z},]从而得到[x]的值的集合是[{x|x=][kπ-–π12]或[x=kπ+π4,k∈Z}].
  点拨  在解题过程中,要能够灵活地运用所学的知识,开拓思路,寻觅最佳解题途径,从而使问题简捷获解.
   [图3] [图4]
  求三角函数的定义域
  例4  求函数[y=2sinx-1+lg(1+tanx)]的定义域.
  解析  应有[sinx≥12]且[tanx>-1]. 在单位圆中分别画出两个不等式的角[x]的终边范围,如图4所示. 再取它们的公共部分,注意角的终边的取舍,得到函数的定义域是[[2kπ+π6,2kπ+π2)∪(2kπ+3π4,][2kπ+5π6](k∈Z)].
  点拨  利用单位圆解题,简化了解题过程,提高了解题技能和速度,值得肯定.
  证明等式
  例5  已知[sinA+sin3A+sin5A=a,cosA+cos3A][+cos5A=b,]求证:当[b≠0]时,[tan3A=ab].
  证明  设[M(cosA,sinA),N(cos3A,sin3A),][P(cos5A,][sin5A)]是[△MNP]的三个顶点,它们均在单位圆[x2+ y2=1]上,如图5. [∠MON=∠NOP=2A,]所以[|MN|=|NP|,]因此[△MNP]是等腰三角形,从而其重心[G(b3,a3)]在[ON]上,于是[tan3A=ab].
  点拨  利用单位圆,解决一个看上去较为复杂的问题,从中不难体会到单位圆在证三角题中的妙用.
   [图5] [图6]
  解三角不等式
  例6  解不等式[sinx>22].
  解析  因一、二象限平分线交单位圆于[A,B,]易知[AD=22,][BC=22,]如图6所示. 要使[sinx>22,]则角[x]的终边应在[OA~OB]之间,因此不等式的解集为[{x| 2kπ+π4<x<kπ+3π4,k∈Z}].
  点拨  巧妙利用单位圆,使看上去不容易求解的问题顺利获解,令人心情舒畅.
  证明三角不等式
  例7  求证:[sinx<x<tanx](其中[0<x<π2]).
  证明  如图7所示,[sinx=AD,x=BD,][tanx=BC].
  显然[AD<BD<BD],即[sinx<x].
  又[S扇形OBD<S△OBC],
  则[12OB?BD<12OB?BC.]所以[BD<BC,]即[x<tanx].
  综上可知,[sinx<x<tanx].
  点拨  直接证明有困难,单位圆一现,问题立即变简单了,证明过程也简捷了. [图7] [图8]
  例8  设[α]为锐角,求证[1<sinα+cosα<π2].
  解析  如图8所示,设角[α]的终边与单位圆交于[P(x,y),]过[P]作[PQ⊥Ox]于[Q],[PR⊥Oy]于[R,][sinα=y,][cosα=x].
  在[△OPQ]中,[|QP|+|OQ|>|OP|],即[sinα+cosα>1.]①
  又[S△OAP =12 OA |·| QP | =12y =12sinα,]
  [S△OPB=12][OB·RP=12x=12cosα,]
  [S扇形OAB =π4,]
  且四边形[OAPB]被扇形[OAB]所覆盖,
  所以[S△OAP+S△OPB<S扇形OAB,]即[sinα+cosα<π2].②
  由①②得,[1<sinα+cosα<π2].
  点拨  灵活运用单位圆,使看上去较为复杂的证明题,简捷、快速获证.
  比较三角式的大小
  例9  比较大小:[sin1,cos1,tan1].
  解析  注意到[π4<1<][π2],则角1在如图9所示的位置.由图可知,[OA<AD<BC,]即[cos1<sin1<tan1.]
  点拨  利用单位圆,将看上去难以比较的问题,快速地比较出大小,令人赞不绝口.
  缩小角的范围
  例10  在[△ABC]中,已知[cosA=513,][sinB=35,]则[cosC]为(   )
  A. [1665]             B. [5665]
  C. [5665]或[1665]         D. [-1665]
  解析  本题许多同学易错选C,究其原因是由于未尽量缩小角的范围所致. 事实上只要利用图4中的“八卦”图缩小[A]和[B]的范围,从而缩小角[C]的范围即可.
  [∵cosA=513<12, A∈(0,π),][∴A∈(π3],[π2]).
  [∵12]<sinB=[35]<[22],B∈(0, π),
  [∴B∈(π6,π4)∪(3π4,5π6).]
  于是[A+B∈(π2,3π4),][∴C∈(π4,π2),][∴cosC∈][(0,22).]
  答案  A
  点拨  灵活利用单位圆,缩小了角的范围,从而快速获解.
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