2019-2020年高考数学竞赛 三角函数教案讲义(6)
![2019-2020年高考数学竞赛 三角函数教案讲义(6)](https://img.360docs.net/img69/1cb3i6w635fwgrjfwho42dq7f1fgc6m8-91.webp)
![2019-2020年高考数学竞赛 三角函数教案讲义(6)](https://img.360docs.net/img69/1cb3i6w635fwgrjfwho42dq7f1fgc6m8-52.webp)
2019-2020年高考数学竞赛三角函数教案讲义(6)
一、基础知识
定义1 角,一条射线绕着它的端点旋转得到的图形叫做角。若旋转方向为逆时针方向,则角为正角,若旋转方向为顺时针方向,则角为负角,若不旋转则为零角。角的大小是任意的。定义2 角度制,把一周角360等分,每一等价为一度,弧度制:把等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做一弧度。360度=2π弧度。若圆心角的弧长为L,则其弧度数的绝对值|α|=,其中r是圆的半径。
定义3 三角函数,在直角坐标平面内,把角α的顶点放在原点,始边与x轴的正半轴重合,在角的终边上任意取一个不同于原点的点P,设它的坐标为(x,y),到原点的距离为r,则正弦函数s inα=,余弦函数co sα=,正切函数tanα=,余切函数cotα=,正割函数se cα=,余割函数c s cα=
定理1 同角三角函数的基本关系式,倒数关系:tanα=,s inα=,co sα=;商数关系:tan α=;乘积关系:tanα×co sα=s inα,cotα×s inα=co sα;平方关系:s in2α+co s2α=1, tan2α+1=se c2α, cot2α+1=c s c2α.
定理2 诱导公式(Ⅰ)s in(α+π)=-s inα, co s(π+α)=-co sα, tan(π+α)=tanα, cot(π+α)=cotα;(Ⅱ)s in(-α)=-s inα, co s(-α)=co sα, tan(-α)=-tanα, cot(-α)=cotα; (Ⅲ)s in(π-α)=s inα, co s(π-α)=-co sα, tan=(π-α)=-tanα, cot(π-α)=-cotα; (Ⅳ)s in=co sα, co s=s inα, tan=cotα(奇变偶不变,符号看象限)。
定理3 正弦函数的性质,根据图象可得y=s inx(x∈R)的性质如下。单调区间:在区间上为增函数,在区间上为减函数,最小正周期为2. 奇偶数. 有界性:当且仅当x=2kx+时,y 取最大值1,当且仅当x=3k-时, y取最小值-1。对称性:直线x=k+均为其对称轴,点(k, 0)均为其对称中心,值域为[-1,1]。这里k∈Z.
定理4 余弦函数的性质,根据图象可得y=co s x(x∈R)的性质。单调区间:在区间[2kπ, 2kπ+π]上单调递减,在区间[2kπ-π, 2kπ]上单调递增。最小正周期为2π。奇偶性:偶函数。对称性:直线x=kπ均为其对称轴,点均为其对称中心。有界性:当且仅当x=2kπ时,y取最大值1;当且仅当x=2kπ-π时,y取最小值-1。值域为[-1,1]。这里k∈Z. 定理5 正切函数的性质:由图象知奇函数y=tanx(xkπ+)在开区间(kπ-,kπ+)上为增函数, 最小正周期为π,值域为(-∞,+∞),点(kπ,0),(kπ+,0)均为其对称中心。
定理6 两角和与差的基本关系式:co s(αβ)=co sαco sβs inαs inβ,s in(αβ)=s inα
co sβco sαs inβ; tan(αβ)=
定理7 和差化积与积化和差公式:
s inα+s inβ=2s inco s,s inα-s inβ=2s inco s,
co sα+co sβ=2co s co s, co sα-co sβ=-2s in s in,
s inαco sβ=[s in(α+β)+s in(α-β)],co sαs inβ=[s in(α+β)-s in(α-β)],
co sαco sβ=[co s(α+β)+co s(α-β)],s inαs inβ=-[co s(α+β)-co s(α-β)].
定理8 倍角公式:s in2α=2s inαco sα, co s2α=co s2α-s in2α=2co s2α-1=1-2s in2α,
tan2α=
定理9 半角公式:s in=,co s=,
tan==
定理10 万能公式: ??? ??+??? ??=
2tan 12tan 2sin 2ααα, ?
??
??+?
?? ??-=2tan 12tan 1cos 22ααα,
.2tan 12tan 2tan 2?
?
?
??-?
??
??=
ααα
定理11 辅助角公式:如果a , b 是实数且a 2
+b 2
0,则取始边在x 轴正半轴,终边经过点(a , b )的一个角为β,则s in β=,co s β=,对任意的角α. a s in α+bco s α=s in (α+β). 定理12 正弦定理:在任意△ABC 中有
R C
c
B b A a 2sin sin sin ===,其中a , b , c 分别是角A ,B ,
C 的对边,R 为△ABC 外接圆半径。
定理13 余弦定理:在任意△ABC 中有a 2=b 2+c 2
-2bco s A ,其中a ,b ,c 分别是角A ,B ,C 的对边。
定理14 图象之间的关系:y =s inx 的图象经上下平移得y =s inx +k 的图象;经左右平移得y =s in (x +)的图象(相位变换);纵坐标不变,横坐标变为原来的,得到y =s in ()的图象(周期变换);横坐标不变,纵坐标变为原来的A 倍,得到y =A s inx 的图象(振幅变换);y =A s in (x +)(>0)的图象(周期变换);横坐标不变,纵坐标变为原来的A 倍,得到y =A s inx 的图象(振幅变换);y =A s in (x +)(, >0)(|A |叫作振幅)的图象向右平移个单位得到y =A s inx 的图象。定义4 函数y =s inx 的反函数叫反正弦函数,记作y =a r c s inx (x ∈[-1, 1]),函数
y =co s x (x ∈[0, π]) 的反函数叫反余弦函数,记作y =a r cco s x (x ∈[-1, 1]). 函数y =tanx 的反函数叫反正切函数。记作y =a r ctanx (x ∈[-∞, +∞]). y =co s x (x ∈[0, π])的反函数称为反余切函数,记作y =a r ccotx (x ∈[-∞, +∞]).
定理15 三角方程的解集,如果a ∈(-1,1),方程s inx =a 的解集是{x |x =n π+(-1)n
a r c s ina , n ∈Z }。方程co s x =a 的解集是{x |x =2kxa r cco s a , k ∈Z }. 如果a ∈R ,方程tanx =a 的解集是{x |x =k π+a r ctana , k ∈Z }。恒等式:a r c s ina +a r cco s a =;a r ctana +a r ccota =. 定理16 若,则s inx 例1 求方程s inx =lg |x |的解的个数。 2三角函数性质的应用。 例2 设x ∈(0, π), 试比较co s(s inx )与s in (co s x )的大小。 例3 已知α,β为锐角,且x ·(α+β-)>0,求证:.2sin cos sin cos ?? ? ?+???? ??x x αββα 注:以上两例用到了三角函数的单调性和有界性及辅助角公式,值得注意的是角的讨论。 3.最小正周期的确定。 例4 求函数y =s in (2co s|x |)的最小正周期。 4.三角最值问题。 例5 已知函数y =s inx +,求函数的最大值与最小值。 例6 设0<<π,求s in 的最大值。 例7 若A ,B ,C 为△ABC 三个内角,试求s inA +s inB +s inC 的最大值。 注:三角函数的有界性、|s inx|≤1、|co s x|≤1、和差化积与积化和差公式、均值不等式、柯西不等式、函数的单调性等是解三角最值的常用手段。 5.换元法的使用。 例8 求的值域。 例9 已知a0=1, a n=(n∈N+),求证:a n>. 注:换元法的关键是保持换元前后变量取值范围的一致性。 另外当x∈时,有tanx>x>s inx,这是个熟知的结论,暂时不证明,学完导数后,证明是很容易的。 6.图象变换:y=s inx(x∈R)与y=A s in(x+)(A, , >0). 由y=s inx的图象向左平移个单位,然后保持横坐标不变,纵坐标变为原来的A倍,然后再保持纵坐标不变,横坐标变为原来的,得到y=A s in(x+)的图象;也可以由y=s inx的图象先保持横坐标不变,纵坐标变为原来的A倍,再保持纵坐标不变,横坐标变为原来的,最后向左平移个单位,得到y=A s in(x+)的图象。 例10 例10 已知f(x)=s in(x+)(>0, 0≤≤π)是R上的偶函数,其图象关于点对称,且在区间上是单调函数,求和的值。 7.三角公式的应用。 例11 已知sin(α-β)=,sin(α+β)=- ,且α-β∈,α+β∈,求sin2α,cos2β的值。 例12 已知△ABC 的三个内角A ,B ,C 成等差数列,且,试求的值。 例13 求证:tan 20+4cos 70. 三、基础训练题 1.已知锐角x 的终边上一点A 的坐标为(2sin 3, -2cos 3),则x 的弧度数为___________。 2.适合 =+-+-+x x x x cos 1cos 1cos 1cos 1-2cscx 的角的集合为___________。 3.给出下列命题:(1)若αβ,则sin αsin β;(2)若sin αsin β,则αβ;(3)若sin α>0, 则α为第一或第二象限角;(4)若α为第一或第二象限角,则sin α>0. 上述四个命题中,正确的命题有__________个。 4.已知sinx +cosx =(x ∈(0, π)),则cotx =___________。 5.简谐振动x 1=Asin 和x 2=Bsin 叠加后得到的合振动是x =___________。 6.已知3sinx -4cosx =5sin (x +1)=5sin (x -2)=5cos (x +3)=5cos (x -4),则1,2,3,4分别是第________象限角。 7.满足sin (sinx +x )=cos (cosx-x )的锐角x 共有________个。 8.已知,则=___________。 9. ? ? ???+++40 cos 170sin ) 10tan 31(50sin 40cos =___________。 10.cot 15cos 25cot 35cot 85=___________。 11.已知α,β∈(0, π), tan , sin (α+β)=,求cos β的值。 12.已知函数f (x )=在区间上单调递减,试求实数m 的取值范围。 四、高考水平训练题 1.已知一扇形中心角是a ,所在圆半径为R ,若其周长为定值c (c >0),当扇形面积最大时,a =__________. 2. 函数f (x )=2sinx (sinx +cosx )的单调递减区间是__________. 3. 函数的值域为__________. 4. 方程=0的实根个数为__________. 5. 若sina+cosa =tana , a ,则__________a (填大小关系). 6. (1+tan 1)(1+tan 2)…(1+tan 44)(1+tan 45)=__________. 7. 若0 8. =__________. 9. ·cos ·cos ·cos ·cos =__________. 10. cos 271+cos 71cos 49+cos 2 49=__________. 11. 解方程:sinx +2sin 2x =3+sin 3x . 12. 求满足sin (x +sinx )=cos (x -cosx )的所有锐角x . 13. 已知f (x )=(kA 0, k ∈Z , 且A ∈R),(1)试求f (x )的最大值和最小值;(2)若A >0, k =-1,求f (x )的单调区间;(3)试求最小正整数k ,使得当x 在任意两个整数(包括整数本身)间变化时,函数f (x )至少取得一次最大值和一次最小值。 五、联赛一试水平训练题(一) 1.若x , y ∈R ,则z =cosx 2+cosy 2 -cosxy 的取值范围是____________. 2.已知圆x 2+y 2=k 2 至少盖住函数f (x )=的一个最大值点与一个最小值点,则实数k 的取值范围是____________. 3.f ()=5+8cos +4cos 2+cos 3的最小值为____________. 4.方程sinx +cosx +a =0在(0,2π)内有相异两实根α,β,则α+β=____________. 5.函数f (x )=|tanx |+|cotx |的单调递增区间是____________. 6.设sina >0>cosa , 且sin >cos ,则的取值范围是____________. 7.方程tan 5x +tan 3x =0在[0,π]中有__________个解. 8.若x , y ∈R , 则M =cosx +cosy +2cos (x +y )的最小值为____________. 9.若0<<, m ∈N +, 比较大小:(2m +1)sin m (1-sin )__________1-sin 2m +1 . 10.cot 70+4cos 70=____________. 11. 在方程组?? ? ??=?=+=+c y x b y x a y x cot cot cos cos sin sin 中消去x , y ,求出关于a , b , c 的关系式。 12.已知α,β,γ,且cos 2 α+cos 2 β+cos 2 γ=1,求tan αtan βtan γ的最小值。 13.关于x , y 的方程组?? ? ??=+=+=+a y x a y x a y x γγββααsin 3sin sin 3sin sin 3sin 有唯一一组解,且sin α, sin β, sin γ互 不相等,求sin α+sin β+sin γ的值。 14.求满足等式sinxy =sinx +siny 的所有实数对(x , y ), x , y . 联赛一试水平训练题(二) 1.在平面直角坐标系中,函数f (x )=asinax +cosax (a >0)在一个最小正周期长的区间上的图象与函数g (x )=的图象所围成的封闭图形的面积是__________. 2.若,则y =tan -tan +cos 的最大值是__________. 3.在△ABC 中,记BC =a , CA =b , AB =c , 若9a 2+9b 2-19c 2 =0,则=__________. 4.设f (x )=x 2 -πx , α=a r csin , β=a r ctan , γ=a r ccos , δ=a r ccot , 将f (α), f (β), f (γ), f (δ)从小到大排列为__________. 5.log sin 1cos 1=a , log sin 1tan 1=b , log cos 1sin 1=c , log cos 1tan 1=d 。将a , b , c , d 从小到大排列为__________. 6.在锐角△ABC 中,cosA =cos αsin β, cosB =cos βsin γ, cosC =cos γsin α,则tan α·tan β·tan γ=__________. 7.已知矩形的两边长分别为tan 和1+cos (0<<π),且对任何x ∈R , f (x )=sin ·x 2+·x +cos ≥0,则此矩形面积的取值范围是__________. 8.在锐角△ABC 中,sinA +sinB +sinC 的取值范围是__________. 9.已知当x ∈[0, 1],不等式x 2cos -x (1-x )+(1-x )2 sin >0恒成立,则的取值范围是__________. 10.已知sinx +siny +sinz =cosx +cosy +cosz =0,则cos 2x + cos 2y + cos 2 z =__________. 11.已知a 1, a 2, …,a n 是n 个实常数,考虑关于x 的函数:f (x )=cos (a 1+x )+cos (a 2+x ) +…+cos (a n +x )。求证:若实数x 1, x 2满足f (x 1)=f (x 2)=0,则存在整数m ,使得x 2-x 1=m π. 12.在△ABC 中,已知 3cos cos cos sin sin sin =++++C B A C B A ,求证:此三角形中有一个内角为。 13.求证:对任意自然数n , 均有|sin 1|+|sin 2|+…+|sin (3n -1)|+|sin 3n |>. 六、联赛二试水平训练题 1.已知x >0, y >0, 且x +y <π,求证:w(w-1)sin (x +y )+w(sinx -siny )+siny >0①(w ∈R ). 2. 已知a 为锐角,n ≥2, n ∈N +,求证:≥2n -2+1. 3. 设x 1, x 2,…, x n ,…, y 1, y 2,…, y n ,…满足x 1=y 1=, x n +1=x n +, y n +1=,求证:2 4.已知α,β,γ为锐角,且cos 2α+cos 2β+cos 2 γ=1,求证;π<α+β+γ<π. 5.求实数a 的取值范围,使得对任意实数x 和任意,恒有(x +3+2sincos )2 +(x +asin +asin )2≥ 6. 设n , m 都是正整数,并且n >m ,求证:对一切x 都有2|sin n x -cos n x |≤3|sin n x -cos n x |. 7.在△ABC 中,求sinA +sinB +sinC -cosA -cosB -cosC 的最大值。 8.求的有的实数a , 使cosa , cos 2a , cos 4a , …, cos 2n a , …中的每一项均为负数。 9.已知i ,tan 1tan 2…tan n =2, n ∈N + , 若对任意一组满足上述条件的 1,2,…,n 都有cos 1+cos 2+…+cos n ≤λ,求λ的最小值。 2019-2020年高考数学竞赛 不等式教案讲义(9) 一、基础知识 不等式的基本性质: (1)a>ba-b>0; (2)a>b, b>ca>c ; (3)a>ba+c>b+c ; (4)a>b, c>0ac>bc ; (5)a>b, c<0ac (7)a>b>0, n ∈N +a n >b n ; (8)a>b>0, n ∈N +; (9)a>0, |x| (11)a, b ∈R ,则(a-b)2≥0a 2+b 2 ≥2ab; (12)x, y, z ∈R + ,则x+y ≥2, x+y+z 前五条是显然的,以下从第六条开始给出证明。 (6)因为a>b>0, c>d>0,所以ac>bc, bc>bd ,所以ac>bd ;重复利用性质(6),可得性质(7);再证性质(8),用反证法,若,由性质(7)得,即a ≤b ,与a>b 矛盾,所以假设不成立,所以;由绝对值的意义知(9)成立;-|a|≤a ≤|a|, -|b|≤b ≤|b|,所以-(|a|+|b|)≤a+b ≤|a|+|b|,所以|a+b|≤|a|+|b|;下面再证(10)的左边,因为|a|=|a+b-b|≤|a+b|+|b|,所以|a|-|b|≤|a+b|,所以(10)成立;(11)显然成立;下证(12),因为x+y-2≥0,所以x+y ≥,当且仅当x=y 时,等号成立,再证另一不等式,令, 因为x 3+b 3+c 3-3abc =(a+b)3+c 3-3a 2b-3ab 2 -3abc =(a+b)3+c 3-3ab(a+b+c)=(a+b+c)[(a+b)2-(a+b)c+c 2]-3ab(a+b+c)=(a+b+c)(a 2+b 2+c 2 -ab-bc-ca)= (a+b+c)[(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2] ≥0,所以a 3+b 3+c 3 ≥3abc ,即x+y+z ≥,等号当且仅当x=y=z 时成立。二、方法与例题 1.不等式证明的基本方法。 (1)比较法,在证明A>B 或A0)与1比较大小,最后得出结论。 例 1 设a, b, c ∈R + ,试证:对任意实数x, y, z, 有 x 2 +y 2 +z 2 .))()((2??? ? ??++++++++≥xz b a c yz a c b xy c b a a c c b b a abc 例2 若a (2)分析法,即从欲证不等式出发,层层推出使之成立的充分条件,直到已知为止,叙述方式为:要证……,只需证……。 例3 已知a, b, c ∈R + ,求证:a+b+c-3≥a+b (3)数学归纳法。 例5 对任意正整数n(≥3),求证:n n+1>(n+1)n . (4)反证法。 例 6 设实数a 0, a 1,…,a n 满足a 0=a n =0,且a 0-2a 1+a 2≥0, a 1-2a 2+a 3≥0,…, a n-2-2a n-1+a n ≥0,求证a k ≤0(k=1, 2,…, n-1). (5)分类讨论法。 例7 已知x, y, z ∈R + ,求证: .02 22222≥+-++-++-y x x z x z z y z y y x (6)放缩法,即要证A>B ,可证A>C 1, C 1≥C 2,…,C n-1≥C n , C n >B(n ∈N +). 例8 求证:).2(1 2131211≥<-++++ n n n 例9 已知a, b, c 是△ABC 的三条边长,m>0,求证: (7)引入参变量法。 例10 已知x, y ∈R + , l, a, b 为待定正数,求f(x, y)=的最小值。 例11 设x 1≥x 2≥x 3≥x 4≥2, x 2+x 3+x 4≥x 1,求证:(x 1+x 2+x 3+x 4)2 ≤4x 1x 2x 3x 4. (8)局部不等式。 例12 已知x, y, z ∈R +,且x 2+y 2+z 2 =1,求证: 例13 已知0≤a, b, c ≤1,求证:≤2。 (9)利用函数的思想。 例14 已知非负实数a, b, c 满足ab+bc+ca=1,求f(a, b, c)=的最小值。 2.几个常用的不等式。 (1)柯西不等式:若a i ∈R , b i ∈R , i=1, 2, …, n ,则.)())(( 21 1 21 2∑∑∑===≥n i i i n i i n i i b a b a 等号当且仅当存在λ∈R ,使得对任意i=1, 2, , n, a i =λb i , 变式1:若a i ∈R , b i ∈R , i=1, 2, …, n ,则.)()()( 2 12112∑∑∑===≥n i i n i i n i i i b a b a 等号成立条件为a i =λb i ,(i=1, 2, …, n)。 变式2:设a i , b i 同号且不为0(i=1, 2, …, n),则.)(1 2 11∑∑∑===≥n i i i n i i n i i i b a a b a 等号成立当且仅当b 1=b 2=…=b n . (2)平均值不等式:设a 1, a 2,…,a n ∈R +,记H n = n a a a n 11121+++ , G n =, A n =n a a a Q n a a a n n n 2 222121,+++= +++ ,则H n ≤G n ≤A n ≤Q n . 即调和平均≤几何平均≤算术平均≤平方平均。 其中等号成立的条件均为a 1=a 2=…=a n . 【证明】 由柯西不等式得A n ≤Q n ,再由G n ≤A n 可得H n ≤G n ,以下仅证G n ≤A n . 1)当n=2时,显然成立; 2)设n=k 时有G k ≤A k ,当n=k+1时,记=G k+1. 因为a 1+a 2+…+a k +a k+1+(k-1)G k+1≥k k k k k k G a k a a a k 1 1121-++?+ ≥==+-++k k k k k k k G k G a a a k 22121112122 2kG k+1, 所以a 1+a 2+…+a k+1≥(k+1)G k+1,即A k+1≥G k+1. 所以由数学归纳法,结论成立。 (3)排序不等式:若两组实数a 1≤a 2≤…≤a n 且b 1≤b 2≤…≤b n ,则对于b 1, b 2, …, b n 的任意排列,有a 1b n +a 2b n-1+…+a n b 1≤≤a 1b 1+a 2b 2+…+a n b n . 【证明】 引理:记A 0=0,A k =,则 =(阿贝尔求和法)。 证法一:因为b 1≤b 2≤…≤b n ,所以≥b 1+b 2+…+b k . 记s k =-( b 1+b 2+…+b k ),则s k ≥0(k=1, 2, …, n)。 所以-(a 1b 1+a 2b 2+…+a n b n )= +s n a n ≤0. 最后一个不等式的理由是a j -a j+1≤0(j=1, 2, …, n-1, s n =0), 所以右侧不等式成立,同理可证左侧不等式。 证法二:(调整法)考察,若,则存在。 若(j ≤n-1),则将与互换。 因为 ))(()()()(n n n n i n j b n i n j n j n n j i n i j n n b b a a b a a b a a b a b a b a b a --=-+-=+-+≥0 , 所 调整后,和是不减的,接下来若,则继续同样的调整。至多经n-1次调整就可将乱序和调整为顺序和,而且每次调整后和是不减的,这说明右边不等式成立,同理可得左边不等式。 例15 已知a 1, a 2,…,a n ∈R + ,求证;≥++++-1 221 32 2221a a a a a a a a n n n a 1+a 2+…+a n . 注:本讲的每种方法、定理都有极广泛的应用,希望读者在解题中再加以总结。 三、基础训练题 1.已知0 ,则的最小值是____________. 2.已知x ∈R + ,则的最小值是____________. 3.已知a, b, c ∈R ,且a 2+b 2+c 2 =1, ab+bc+ca 的最大值为M ,最小值为N ,则MN=___________. 4.若不等式对所有实数x 成立,则a 的取值范围是____________. 5.若不等式x+a 的解是x>m ,则m 的最小值是____________. 6.“a+b=4”是“不等式|x-a|+|x-b|<8的解集是{x|-2 7.若a, b ∈R +,则a+b=1,以下结论成立是__________.① a 4+b 4≥;②≤a 3+b 3 <1;③;④;⑤;⑥ 8.已知0<<,若,则=____________. 9.已知,p=(x 1-)2+(x 2-)2+…+(x n -)2, q=(x 1-a)2+(x 2-a)2+…+(x n -a)2 , 若,则比较大小:p___________q. 10.已知a>0, b>0且ab, m=a a b b , n=a b b a , 则比较大小:m_________n. 11.已知n ∈N +,求证:.12312112 2+≥+++ n n n