两角和差正余弦公式的证明
两角和差正余弦公式的证明
北京四中数学组皇甫力超
论文摘要：
本文对两角和差的正余弦公式的推导进行了探讨。
在单位圆的框架下 , 我们得到了和角余弦公式 ( 方法 1) 与差角余弦公式 ( 方法 2)。
在三角形的框架下 , 我们得到了和角正弦公式 ( 方法 3 ~11 ) 与差角正弦公式 ( 方法 12,13)。
关键词：
两角和差的正余弦公式
正文：
两角和差的正余弦公式是三角学中很重要的一组公式。
下面我们就它们的推导证明方法进行探讨。
由角, 的三角函数值表示的正弦或余弦值 , 这正是两角和差的正余弦公式的功能。
换言之 , 要推导两角和差的正余弦公式 , 就是希望能得到一个等式或方程 ,
将或与, 的三角函数联系起来。
根据诱导公式 , 由角的三角函数可以得到的三角函数。
因此 , 由和角公式容
易得到对应的差角公式, 也可以由差角公式得到对应的和角公式。
又因为
, 即原角的余弦等于其余角的正弦 , 据此 , 可以实现正弦公式和余弦公式的相互推导。
因此 , 只要解决这组公式中的一个 , 其余的公式将很容易得到。
(一) 在单位圆的框架下推导和差角余弦公式
注意到单位圆比较容易表示, 和, 而且角的终边与单位圆的交点坐标可
以用三角函数值表示 , 因此 , 我们可以用单位圆来构造联系与, 的三角函数值的等式。
1. 和角余弦公式
(方法 1) 如图所示, 在直角坐标系中作单位圆, 并作角, 和, 使
角的始边为, 交于点A, 终边交于点B；角始边为, 终边交
于点C；角始边为, 终边交于点。
从而点A, B, C和D的坐标分别为,
,,。
由两点间距离公式得
；。
注意到, 因此。
注记：这是教材上给出的经典证法。
它借助单位圆的框架 , 利用平面内两点间距离公
式表达两条相等线段, 从而得到我们所要的等式。
注意, 公式中的和为任意角。
2. 差角余弦公式
仍然在单位圆的框架下 , 用平面内两点间距离公式和余弦定理表达同一线段, 也可以得到我们希望的三角等式。
这就是
(方法2) 如图所示, 在坐标系中作单位圆, 并作角和, 使角和
的始边均为, 交于点C, 角终边交于点A,角终边交于点。
从而点A, B的坐标为,。
由两点间距离公式得。
由余弦定理得。
从而有。
注记：方法 2 中用到了余弦定理 , 它依赖于是三角形的内角。
因此, 还需
要补充讨论角和的终边共线, 以及大于的情形。
容易验证 , 公式在以上情形中依然成立。
在上边的证明中 , 用余弦定理计算的过程也可以用勾股定理来进行。
(二) 在三角形的框架下推导和差角正弦公式
除了在单位圆的框架下推导和差角的余弦公式 , 还可以在三角形中构造和角或差角来证明和差角的正弦公式。
1. 和角正弦公式 (一)
(方法3) 如图所示, 为的边上的高 , 为边上的高。
设, , , 则。
从而有
, ,
,。
因此,。
注意到,
从而有
, 整理可得。
注记：在方法 3 中 , 用和与底角, 相关的三角函数, 从两个角度来表示边上高, 从而得到所希望的等式关系。
这一证明所用的图形是基于钝角三角形的 ,
对基于直角或锐角三角形的情形 , 证明过程类似。
利用方法 3 中的图形 , 我们用类似于恒等变形的方式 , 可以得到下面的
(方法 4) 如图所示, 为的边上的高 , 为边上的高。
设
, , 则。
注意到, 则有,即。
从而有。
利用正弦定理和射影定理 , 将得到下面这个非常简洁的证法。
注意证明利用的图形框架与方法 3,4 所用的图形框架是相同的。
(方法 5) 如图所示 , 为的边上的高。
设, ,
则有,。
由正弦定理可得
,
其中d为的外接圆直径。
由得
,
从而有。
2. 和角正弦公式 ( 二 )
方法 3,4 和 5 利用的图形框架是将角, 放在三角形的两个底角上。
如果将这两个角的和作为三角形的一个内角 , 将会有下面的几种证法 ( 方法 6~11)。
(方法 6) 如图所示 , 作于D, 交外接圆于E, 连和。
设
, , 则, ,。
设的外接圆直径为d, 则有,
,,。
所以有。
注意到, 从而。
(方法 7) 如图所示 , 为的边上的高 , 为边上的高。
设
, , 则。
设, 则
, , ,,。
又
从而。
整理可得。
(方法 8) 如图所示 , 作于D, 过D作于F, 于G。
设,, 则,设, 从而
,,,。
所以。
注意到, 则有。
注记：我们用两种不同的方法计算, 得到了和角的正弦公式。
如果我们用两种方
法来计算, 则可以得到和角的余弦公式。
由上图可得
,
,
从而有。
注意到 , 从而可得。
方法 6,7 和 8 都是用角, 的三角函数从两个角度表示图形中的同一线段 , 从而构造出我们所希望的等式关系。
(方法9 ) 如图所示, 设为的边上的高。
设,
,, , 从而有
方法 9 利用面积关系构造三角恒等式。
下面这两个证法的思路则有所不同。
(方法 10) 如图所示 , 设为的外接圆直径d, 长度为d。
设,
, 则, 从而
注记：这一证明用到了托勒密定理：若和是圆内接四边形的对角线 , 则有。
(方法 11) 如图所示 , 为的边上的高。
设, ,
则。
设, 则
方法 10 和 11 将某一线段作为基本量 , 利用与角, 相关的三角函数表示其它线段 , 再通过联系这些线段的几何定理 ( 托勒密定理或正弦定理 ), 构造出我们希望的等式关系。
3. 差角正弦公式
仍然还是在三角形中 , 我们可以在三角形的内角里构造出差角来。
方法 12 和 13 便
是用这种想法来证明的。
(方法 12) 如图所示 ,。
设, , 记, 作
于E, 则, , 从而有
(方法 13) 如图所示 , 为的外接圆直径 , 长度为 d。
设,
, 则, 。
从而
方法 12 和 13 的基本思路仍然是用两种不同方法计算同一线段 , 借此来构造等式关系。
很显然 , 在这十二种证法中 , 方法 1 和 2 更具普遍性。
换言之 , 这两种方法中出
现的角, 是任意角。
而其余方法中 , 角和则有一定的限制 , 它们都是三角形的内角 ( 甚至都是锐角 )。
因此 , 对于方法 3~13, 我们需要将我们的结果推广到角和
是任意角的情形。
具体而言 , 我们要证明：如果公式对任意成立 , 则对任意角也成立。
容易验证 , 角和中至少有一个是轴上角 ( 即终边在坐标轴上的角 ), 我们的
公式是成立的。
下面证明 , 角和都是象限角 ( 即终边在坐标系的某一象限中的角 ) 时 , 我们的公式也成立。
不妨设为第二象限角 , 为第三象限角 , 从而有
从而
同理可证, 公式对于象限角和的其它组合方式都成立。
因此 , 我们可以将方法3~13 推导的公式推广到角, 是任意角的情形。
两角和差的正余弦公式是三角学中很基本的一组公式。
其推导证明对指导学生进行探究性学习很有帮助。
从上文中可以看到 , 这一探究过程可分为四个步骤：
(1) 明确推导证明的目标：构造联系和三角函数与或的等式或方程；
(2) 简化课题：四个公式只要解决一个 , 其余的都可由它推出；
(3) 解决问题：利用单位圆或三角形作为联系和三角函数与或
的工具 , 寻找我们希望的等式关系；
(4) 完善解决问题的方法：考察方法是否有普遍性。
如果普遍性有欠缺 , 可考虑将其化归为已解决的情形 , 必要时还要进行分类讨论。
参考文献：
1.谷丹：全面数学教育观与知识形成过程的教学——三个教学个案及分析 , 《开放的视野 , 务实的努力》, 中央民族大学出版社 ,2006 年 3 月第 27 ~32 页。
2.人民教育出版社中学数学室：全日制普通高级中学教科书 << 数学 ( 第一册下 )>>( 必修 ), 人民教育出版社 ,2003 年 12 月第 34 ~ 35 页。
两角和与差的三角函数公式的证明
两角和与差的三角函数公式的证明数学三角函数两角和与差单位圆托勒密定理利用单位圆方法证明sin（α+β）= …与cos（α+β）= …，是进一步证明大部分三角函数公式的基础。
1、sin（α+β）=sinαcosβ+ cosαsinβ在笛卡尔坐标系中以原点O为圆心作单位圆，在单位圆中作以下线段：如图中所示，容易看出：sin（α+β）=CF；sinα=AB；cosα=OB； sinβ=CD；cosβ=OD 则：----------------------------------------------------------------------------------------------平面几何的证明方法：如图所示，过程见下面的【评论】中新浪网友的提示（非常感谢这位网友的提示，让我们看到了证明一个定理的多种途径，真是妙不可言！）----------------------------------------------------------------------------------附：如何证明托勒密定理？见 /69610635.html/b/2459822.html托勒密(Ptolemy)定理指出，圆内接凸四边形两对对边乘积的和等于两条对角线的乘积。
原文：圆内接四边形中，两对角线所包矩形的面积等于一组对边所包矩形的面积与另一组对边所包矩形的面积之和。
从这个定理可以推出正弦、余弦的和差公式及一系列的三角恒等式，托勒密定理实质上是关于共圆性的基本性质．（具体的推导方法详见数学目录下的博文，来自网友的提供！）思路：托勒密定理在平面几何中赫赫有名，其难点在于：把一条对角线分割成两条线段DE和BE。
第一步证明一对旋转的三角形相似：△ABE∽△ACD；第二步还需要证一对旋转的三角形相似△ADE∽△ACB；只有这两对相似的三角形出来了才能得到结论。
证明：以AB为边，作一个角等于已知角：即∠BAE=∠DAC；在ΔABE和ΔACD中，∵∠BAE=∠DAC；∠ABE=∠ACD；∴△ABE∽△ACD；∴ AB·DC=BE·AC①∵∠BAE=∠DAC；∴∠DAE=∠CAB；在ΔADE和ΔACB中，∵∠ADE=∠ACB；∠DAE=∠CAB；∴△ADE∽△ACB；∴ AD·BC=DE·AC②∴①+②得：AB·DC+ AD·BC= BE·AC+ DE·AC=（BE+DE）·AC=BD·AC。
三角函数两角和差公式证明过程
三角函数两角和差公式证明过程一、两角和的余弦公式cos(A + B)=cos Acos B-sin Asin B的证明。
1. 利用单位圆证明（几何法）- 在单位圆x^2+y^2 = 1上，设角A、B的终边分别与单位圆交于点P_1(cos A,sin A)和P_2(cos B,sin B)。
- 则→OP_1=(cos A,sin A)，→OP_2=(cos B,sin B)。
- 角A + B的终边与单位圆交于点P。
- 根据向量的数量积定义，→OP_1·→OP_2=|→OP_1||→OP_2|cos(A - B)，因为|→OP_1|=|→OP_2| = 1，所以→OP_1·→OP_2=cos(A - B)。
- 又因为→OP_1·→OP_2=cos Acos B+sin Asin B，所以cos(A - B)=cos AcosB+sin Asin B。
- 令B=-B，则cos(A + B)=cos Acos(-B)+sin Asin(-B)。
- 由于cos(-B)=cos B，sin(-B)=-sin B，所以cos(A + B)=cos Acos B-sin Asin B。
2. 利用复数证明（代数法）- 设z_1=cos A + isin A，z_2=cos B + isin B。
- 根据复数乘法法则z_1z_2=(cos A + isin A)(cos B + isin B)- 展开得z_1z_2=cos Acos B-sin Asin B+i(sin Acos B+cos Asin B)。
- 另一方面，根据复数的三角形式乘法z_1z_2=cos(A + B)+isin(A + B)。
- 比较实部可得cos(A + B)=cos Acos B-sin Asin B。
二、两角和的正弦公式sin(A + B)=sin Acos B+cos Asin B的证明。
1. 利用两角和的余弦公式推导。
两角和与差的余弦公式的五种推导方法之对比
两⾓和与差的余弦公式的五种推导⽅法之对⽐两⾓和与差的余弦公式是三⾓函数恒等变换的基础，其他三⾓函数公式都是在此公式基础上变形得到的，因此两⾓和与差的余弦公式的推导作为本章要推导的第⼀个公式，往往得到了⼴⼤教师的关注. 对于不同版本的教材采⽤的⽅法往往不同，认真体会各种不同的两⾓和与差的余弦公式的推导⽅法，对于提⾼学⽣的分析问题、提出问题、研究问题、解决问题的能⼒有很⼤的作⽤.下⾯将两⾓和与差的余弦公式的五种常见推导⽅法归纳如下：⽅法⼀：应⽤三⾓函数线推导差⾓公式的⽅法设⾓α的终边与单位圆的交点为P1，∠POP1＝β，则∠POx＝α－β．过点P作PM⊥x轴，垂⾜为M，那么OM即为α－β⾓的余弦线，这⾥要⽤表⽰α，β的正弦、余弦的线段来表⽰OM．过点P作PA⊥OP1，垂⾜为A，过点A作AB⊥x轴，垂⾜为B，再过点P作PC⊥AB，垂⾜为C，那么cosβ＝OA，sinβ＝AP，并且∠PAC＝∠P1Ox＝α，于是OM＝OB＋BM＝OB＋CP＝OA cosα＋AP sinα＝cosβcosα＋sinβsinα．综上所述，.说明：应⽤三⾓函数线推导差⾓公式这⼀⽅法简单明了，构思巧妙，容易理解. 但这种推导⽅法对于如何能够得到解题思路，存在⼀定的困难. 此种证明⽅法的另⼀个问题是公式是在均为锐⾓的情况下进⾏的证明，因此还要考虑的⾓度从锐⾓向任意⾓的推⼴问题.⽅法⼆：应⽤三⾓形全等、两点间的距离公式推导差⾓公式的⽅法设P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，则有|P1P2 |= .在直⾓坐标系内做单位圆，并做出任意⾓α，α+β和，它们的终边分别交单位圆于P2、P3和P4点，单位圆与x轴交于P1，则P1(1,0)、P2(cosα，sinα)、P3(cos(α+β)，sin(α+β))、.∵，且，∴，∴，∴，∴，∴，.说明：该推导⽅法巧妙的将三⾓形全等和两点间的距离结合在⼀起，利⽤单位圆上与⾓有关的四个点，建⽴起等式关系，通过将等式的化简、变形就可以得到符合要求的和⾓与差⾓的三⾓公式. 在此种推导⽅法中，推导思路的产⽣是⼀个难点，另外对于三点在⼀条直线和三点在⼀条直线上时这⼀特殊情况，还需要加以解释、说明.⽅法三：应⽤余弦定理、两点间的距离公式推导差⾓公式的⽅法设，则.在△OPQ中，∵，∴，∴.说明：此题的解题思路和构想都是容易实现的. 因为要求两⾓和与差的三⾓函数，所以构造出和⾓和差⾓是必须实现的. 构造出的和⾓或差⾓的余弦函数⼜需要和这两个⾓的三⾓函数建⽴起等式关系，因此借助于余弦定理、两点间的距离公式建⽴起等式关系容易出现，因此此种⽅法是推导两⾓和与差的余弦的⽐较容易理解的⼀种⽅法. 但此种⽅法必须是在学习完余弦定理的前提下才能使⽤，因此此种⽅法在必修四中⼜⽆法使⽤. 另外也同样需要考虑三点在⼀条直线上的情况.⽅法四：应⽤三⾓形⾯积公式推导推导差⾓公式的⽅法设α、β是两个任意⾓，把α、β两个⾓的⼀条边拼在⼀起，顶点为O，过B点作OB的垂线，交α另⼀边于A，交β另⼀边于C，则有S△OAC=S△OAB+S△OBC..根据三⾓形⾯积公式，有，∴.∵，，，∴，∵，∴sin(α+β)=sinαcosβ+sinβcosα.根据此式和诱导公式，可继续证出其它和⾓公式及差⾓公式.(1)sin(α-β)=sin[α+(-β)]=sinαcos(-β)+sin(-β)cosα=sinαcosβ-sinβcosα；(2)cos(α+β)=sin[90-(α+β)]=sin[(90-α)-β]=sin(90-α)cosβ-sinβcos(90-α)=cosαcosβ-sinαsinβ；(3)cos(α-β)=cos[α+(-β)]=cosαcos(-β)-sinαsin(-β)=cosαcosβ+sinαsinβ.说明：此种推导⽅法通过三⾓形的⾯积的和巧妙的将两⾓和的三⾓函数与各个⾓的三⾓函数和联系在⼀起，体现了数形结合的特点. 缺点是公式还是在两个⾓为锐⾓的情况下进⾏的证明，因此同样需要将⾓的范围进⾏拓展.(五)应⽤数量积推导余弦的差⾓公式在平⾯直⾓坐标系xOy内，作单位圆O，以Ox为始边作⾓α，β，它们的终边与单位圆的交点为A，B，则＝(cosα，sinα)，＝(cosβ，sinβ).由向量数量积的概念，有.由向量的数量积的坐标表⽰，有.于是，有.说明：应⽤数量积推导余弦的差⾓公式⽆论是构造两个⾓的差，还是得到每个⾓的三⾓函数值都是容易实现的，⽽且从向量的数量积的定义和坐标运算两种形式求向量的数量积将⼆者之间结合起来，充分体现了向量在数学中的桥梁作⽤.综上所述，从五种不同的推导两⾓和与差的余弦公式的过程可以看出，不同的推导⽅法体现出不同的数学特点，不同的巧妙构思，相同的结果，也进⼀步体验了数学的博⼤精深.。
两角和与差的余弦公式的五种推导方式之对照
两角和与差的余弦公式的五种推导方式之对照第一种推导方式：我们知道余弦函数的定义为：cosθ = adj/hyp其中，adj表示邻边的长度，hyp表示斜边的长度。
现在考虑两个角度的和，即θ1+θ2、根据余弦函数的定义，我们可以得到：cos(θ1 + θ2) = adj1/hyp1现在我们将θ1和θ2分别表示为它们的余弦函数：cosθ1 = adj1/hyp1cosθ2 = adj2/hyp2将这两个式子相加，得到：cosθ1 + cosθ2 = (adj1 + adj2) / (hyp1 + hyp2)这就是两角和的余弦公式。
第二种推导方式：我们知道余弦函数的定义为：cosθ = adj/hyp我们还知道余弦函数的复合角公式，即：cos(θ1 + θ2) = cosθ1⋅cosθ2 - sinθ1⋅sinθ2现在我们将θ1和θ2表示为它们的余弦函数和正弦函数：cosθ1 = adj1/hyp1cosθ2 = adj2/hyp2sinθ1 = opp1/hyp1sinθ2 = opp2/hyp2将这些式子代入复合角公式中，得到：cos(θ1 + θ2) = (adj1/hyp1)⋅(adj2/hyp2) -(opp1/hyp1)⋅(opp2/hyp2)= (adj1⋅adj2 - opp1⋅opp2) / (hyp1⋅hyp2)这就是第二种推导方式。
第三种推导方式：我们知道余弦函数的定义为：cosθ = adj/hyp我们还知道正弦函数的平方与余弦函数的平方之和等于1，即：sin²θ + cos²θ = 1现在我们考虑θ1和θ2的和，即(θ1+θ2)。
我们可以得到：cos(θ1 + θ2) = adj1+2/hyp1+2现在我们将θ1+2表示为(θ1+θ2)的余弦函数和正弦函数：cos(θ1 + θ2) = adj1+2/hyp1+2= (adj1⋅cosθ2 - opp1⋅sinθ2) / (hyp1⋅cosθ2 + hyp2⋅sinθ2) = (adj1⋅adj2 - opp1⋅opp2) / (hyp1⋅ hyp2)这就是第三种推导方式。
两角和与差的正弦、余弦和正切公式(基础知识+基本题型)(含解析)
5.5.1两角和与差的正弦、余弦和正切公式（基础知识+基本题型）知识点一、两角差的余弦公式 如图，在平面直角坐标系xOy 内作单位圆O ，以Ox 为始边作角α，β，它们的终边与单位圆O 的交点分别为A ，B ，则)sin ,(cos ),sin ,(cos ββαα==OB OA . 由向量数量积的定义，有)cos()cos(||||βαβα-=-=⋅OB OA OB OA ，由向量数量积的坐标表示，得βαβαsin sin cos cos +=⋅OB OA . 于是有βαβαβαsin sin cos cos )cos(+=-. 由以上的推导过程可知，βα,是任意角，则)(βα-也应为任意角，即对于任意角βα,有βαβαβαsin sin cos cos )cos(+=-，此公式称为差角的余弦公式，简记为)(βα-C【提示】（1）适用条件：公式中的βα,都是任意角，可以为常量，也可以为变角（2）公式结构：公式右端的两部分为同名三角函数的积，连接符号与左边角的连接符号相反 【拓展】（1）逆用：)cos(sin sin cos cos βαβαβα-=+（2）角变换后使用：ββαββαββααsin )sin(cos )cos(])cos[(cos +++=-+= （3）移项使用：βαβαβαsin sin )cos(cos cos --=；βαβαβαcos cos )cos(sin sin --=（4）特殊化使用导出诱导公式：ααπαπαπsin sin 2sincos 2cos)2cos(=+=-知识点二 两角和的余弦公式 运用)(βα-C 和诱导公式，有)](cos[)cos(βαβα--=+ )sin(sin )cos(cos βαβα-+-= βαβαsin sin cos cos -=，即βαβαβαsin sin cos cos )cos(-=+此公式就是两角和的余弦公式，简记作)(βα+C 提示：（1）公式中的βα,都是任意角（2）两角和与差的余弦公式右边函数名的排列顺序为：余⋅余 正⋅正，左右两边加减运算符号相反 （3）一般情况下，两角和的余弦公式不能按分配律展开，即βαβαcos cos )cos(+≠+ 【拓展】要学会顺用（从左至右，即展开）、逆用（从右至左，即化简）、变用（移项变形）公式()C αβ± （1）顺用公式()C αβ±，如：()()()()cos 2cos cos cos sin sin αβααβααβααβ+=++=+-+⎡⎤⎣⎦；()cos 2cos 2cos sin 2sin αβαβαβ+=-，()()()cos cos cos cos sin sin ααββαββαββ=+-=+++⎡⎤⎣⎦（2）逆用公式()C αβ±，如：()()()()cos cos sin sin αβαβαβαβ+--+- ()()cos cos 2αβαβα=++-=⎡⎤⎣⎦（3）变用公式()C αβ±，如：()cos sin sin cos cos αβαβαβ++=； ()cos cos cos sin sin αβαβαβ--=知识点三 两角和与差的正弦公式 运用()C αβ-和诱导公式，有()()sin cos cos 22ππαβαβαβ⎡⎤⎡⎤⎛⎫+=-+=-- ⎪⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎣⎦cos cos sin sin sin cos cos sin 22ππαβαβαβαβ⎛⎫⎛⎫=-+-=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭.即()sin sin cos cos sin αβαβαβ+=+.这就是两角和的正弦公式，简记作sin cos cos sin αβαβ+()S αβ+. 在公式()S αβ+中，用β-代替β，可得()()()sin sin cos cos sin sin cos cos sin αβαβαβαβαβ+-=-+-=-⎡⎤⎣⎦，即()sin sin cos cos sin αβαβαβ-=-. 这就是两角差的正弦公式，简记作()S αβ-. 【提示】（1）公式中的,αβ均为任意角.（2）两角和与差的正弦公式右边函数名的排列顺序为：正余±余正，左右两边加减运算符号相同. （3）一般情况下，两角和与差的正弦公式不能按分配律展开，即()sin sin sin αβαβ±=±.知识点四 两角和与差的正切公式 ()()()sin sin cos cos sin tan tan tan cos cos cos sin sin 1tan tan αβαβαβαβαβαβαβαβαβ++++===+--， 即()tan tan tan 1tan tan αβαβαβ++=-.这就是两角和的正切公式，简记作()T αβ+. 以β-代替上式中β，可得 ()()()tan tan tan tan tan 1tan tan 1tan tan αβαβαβαβαβ+--+-==⎡⎤⎣⎦--+，即()tan tan tan 1tan tan αβαβαβ--=+.这就是两角差的正切公式，简记作()T αβ-. （1）适用条件：公式()T αβ±只有在(),,Z 222k k k k πππαπβπαβπ≠+≠+±≠+∈时才成立，否则不成立，这是由正切函数的定义域决定的.（2）特殊情况：当tan α或tan β或()tan αβ±的值不存在时，不能使用()T αβ±处理有关问题，但可改用诱导公式或其他方法.例如，化简tan 2πβ⎛⎫- ⎪⎝⎭，因为tan 2π的值不存在，不能利用公式()T αβ-，所以改用诱导公式来解.sin cos 2tan 2sin cos 2πβπββπββ⎛⎫- ⎪⎛⎫⎝⎭-== ⎪⎛⎫⎝⎭- ⎪⎝⎭. （3）公式()T αβ-也可以这样推导： ()()()sin sin cos cos sin tan cos cos cos sin sin αβαβαβαβαβαβαβ---==-+若cos cos 0αβ≠，则将上式得分子、分母都除以cos cos αβ，得()tan tan tan 1tan tan αβαβαβ--=+.【拓展】（1）正切公式的逆用： ()()()tan tan tan tan 1tan tan αβααβαβαβα+-=+-=⎡⎤⎣⎦++；tantan 1tan 4tan 1tan 41tan tan 4πααπαπαα++⎛⎫==+ ⎪-⎝⎭-（2）正切公式的变形应用：()()tan tan tan 1tan tan αβαβαβ+=+-； ()()tan tan tan 1tan tan αβαβαβ-=-+； ()tan tan 1tan tan tan αβαβαβ+-=+；()tan tan 1tan tan tan αβαβαβ-+=-知识点五 辅助角公式辅助角公式：()sin cos tan b a x b x x a ϕϕ⎛⎫++= ⎪⎝⎭推导过程：sin cos a x b x x x ⎫+=+⎪⎭令cos ϕϕ==，)sin cos sin cos cos sin a x b x x x ϕϕ++()x ϕ+其中角ϕ所在象限由,a b 的符号确定，角ϕ的值由tan ba ϕ=确定或由cos ϕϕ==共同确定【提示】 （1）关于形如sin cos a x b x +（,a b 不同时为零）的式子，引入辅助角可以变形为()sin A x ϕ+的形式，有时也变形为()cos A x ϕ+的形式（2）辅助角公式能将异名三角函数式转化为同名三角函数式，它本身就是一个化简得过程，化简后，可轻松地求出函数的周期、最值、单调区间等考点一 三角函数式的化简 【例1】 化简下列各式 （1）sin 7cos15sin8cos7sin15sin8︒+︒︒︒-︒︒；（2）()2sin50sin101⎡⎤︒+︒︒⎣⎦；（3）()()1sin cos sin 2sin 2αβααββ+-+-⎡⎤⎣⎦ 解：（1）原式()()sin 158cos15sin8sin15cos8cos15sin8cos15sin8tan15cos 158sin15sin8cos15cos8sin15sin8sin15sin8︒-︒+︒︒︒︒-︒︒+︒︒==︒︒-︒-︒︒︒︒+︒︒-︒︒()1tan 45tan 30tan 45301tan 45tan 30︒-︒=︒-︒==+︒︒2=-（2）原式2sin 50sin10⎛=︒+︒ ⎝⎭2sin 50cos102sin10cos50cos10︒︒+︒︒⎡⎤=︒⎢⎥︒⎣⎦)sin 50cos10sin10cos50=︒︒+︒︒()5010=︒+︒== （3）原式()()()1sin cos sin sin 2αβαααβαβα=+-++-+-⎡⎤⎣⎦ ()()1sin cos 2sin cos 2αβαααβ=+-+⎡⎤⎣⎦ ()()sin cos cos sin αβααβα=+-+ ()sin sin αβαβ=+-= 化简三角函数式的标准和要求： （1）能求出值得应求出值；（2）使三角函数式的种数、项数及角的种类尽可能少； （3）使三角函数式的次数尽可能低； （4）使分母中尽量不含三角函数式和根式 考点二 三角函数的求值 【例2.】.（1）求sin105︒的值；（2）已知3sin 5θ=-，且θ是第三象限角，求cos 6πθ⎛⎫+ ⎪⎝⎭的值；（3）已知1tan ,tan 20,322ππαβαβπ⎛⎫==-<<<< ⎪⎝⎭，求()tan αβ-及αβ+的值解：（1）()sin105sin 6045︒=︒+︒sin 60cos45cos60sin 45=︒︒+︒︒ （2）因为3sin 5θ=-，且θ是第三象限角，所以4cos 5θ=-所以413cos cos cos sin sin 666525πππθθθ⎛⎫⎛⎫⎛⎫+=---⨯-= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭（3）因为1tan ,tan 23αβ==-，所以()12tan tan 3tan 721tan tan 13αβαβαβ+--===+- ()12tan tan 3tan 121tan tan 13αβαβαβ-++===--+ 因为0,,22ππαβπ<<<<所以 322ππαβ<+<所以34παβ+=三角函数的求值问题主要包括三类：给角求值、给值求值、给值求角 （1）给角求值的求解策略求解的关键是能将所求角转化为特殊角，并注意公式的选用 （2）给值求值的求解策略已知角,αβ的某种三角函数值，求αβ±的余弦、正弦或正切的方法；先根据平方关系求出,αβ的另一种三角函数值，求解过程中应注意先根据角的范围判断所求三角函数值的符号，再根据求得的函数值和已知函数值代入和角或差角的正弦、余弦、正切公式中，求出和角或差角的正弦、余弦、正切（3）给值求角的方法解答这类题目的步骤：①求出角的某一个三角函数值；②确定角所在的范围；③求角 考点三 三角恒等式的证明 【例3】求证：()()sin 2sin 2cos .sin sin αββαβαα+-+=证明：因为sin 0α≠，()()sin 22cos sin αβαβα+-+()()=sin 2cos sin αβααβα++-+⎡⎤⎣⎦()()()sin cos cos sin 2cos sin αβααβααβα=+++-+ ()()sin cos cos sin αβααβα=+-+()sin αβα=+-⎡⎤⎣⎦ sin β=，所以()()sin 2sin 2cos sin sin αββαβαα+-+=.证明三角恒等式常用以下方法：（1）从复杂的一边入手，逐步化简，证得与另一边相等.在证明的过程中，应时刻“盯”住目标，分析其特征，向着目标“奔”去；（2）从两边入手，证得等式两边都等于同一个式子； （3）作差法，证明左边-右边=0. 考点四 辅助角公式的应用【例4】 将下列各式化成()sin A x ϕ+的形式：（1cos x x -；（2）.4444x x ππ⎛⎫⎛⎫-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭解：（1）12cos 2x x ⎫=-⎪⎪⎝⎭原式2cos sin sin cos 66x x ππ⎛⎫=- ⎪⎝⎭2sin .6x π⎛⎫=- ⎪⎝⎭（2）1sin cos 22424x x ππ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-+-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦原式sin sin cos cos 26464x x ππππ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦cos 246212x x πππ⎛⎫⎛⎫=--=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭sin 2212x ππ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭5sin .212x π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ 通过引入辅助角ϕ，可以将sin cos a x b x +这种形式的三角函数式化为一个角的一种三角函数的形式.这种变形方法可解决sin cos a x b x +的许多问题，如值域、最值、周期、单调区间等.另外，（2）在解法上充分体现了角的变换和整体思想.。
两角和与差的正弦余弦和正切公式推导过程
两角和与差的正弦余弦和正切公式推导过程首先，我们假设有两个角α和β，它们的和为α+β，差为α-β。
我们将利用这两个和与差来推导公式。
1.两角和的正弦公式的推导：首先，根据三角恒等式sin(α+β) = sinαcosβ+cosαsinβ，我们可以将α+β的正弦表示为两个正弦的和的形式。
然后，利用三角恒等式可以写出cos(-β)=cosβ，sin(-β)= -sinβ，我们可以将α+(-β)的正弦再次表示为两个正弦的和的形式。
即，sin(α+β) = sinαcosβ+ cosαsinβ = sinαcos(-β) + cosαsin(-β)。
这样，我们可以得到：sin(α+β) = sinαcosβ + cosαsinβ = sinαcos(-β) +cosαsin(-β)。
2.两角和的余弦公式的推导：首先，根据三角恒等式cos(α+β) = cosαcosβ - sinαsinβ，我们可以将α+β的余弦表示为两个余弦的和的形式。
然后，利用三角恒等式可以写出cos(-β)=cosβ，sin(-β)= -sinβ，我们可以将α+(-β)的余弦再次表示为两个余弦的和的形式。
即，cos(α+β) = cosαcosβ- sinαsinβ = cosαcos(-β) - sinαsin(-β)。
这样，我们可以得到：cos(α+β) = cosαcosβ - sinαsinβ = cosαcos(-β) -sinαsin(-β)。
3.两角差的正弦公式的推导：首先，根据三角恒等式sin(α-β) = sinαcos(-β) - cosαsin(-β)，我们可以将α-β的正弦表示为两个正弦的差的形式。
然后，利用三角恒等式可以写出cos(-β)=cosβ，sin(-β)= -sinβ，我们可以将α-(-β)的正弦再次表示为两个正弦的差的形式。
即，sin(α-β) = sinαcos(-β) - cosαsin(-β) = sinαcosβ + cosαsinβ。
两角和与差的三角函数公式知识点
两角和与差的三角函数公式知识点两角和与差的三角函数公式属于高中数学的重要内容，主要通过利用三角函数的性质，研究两个角的和与差的三角函数值之间的关系。
在解决三角方程、证明恒等式等问题时，这些公式的应用非常广泛。
本文将从公式的定义、推导及应用方面进行详细解析。
一、两角和的三角函数公式1.余弦和公式：cos(A+B) = cosAcosB - sinAsinB推导过程：设点P(x,y)在单位圆上与x轴正半轴的夹角为A，点Q(x',y')在单位圆上与x轴正半轴的夹角为B，点R(x",y")在单位圆上与x轴正半轴的夹角为A+B。
我们知道，其对应的三条直角边分别是x、x'、x"和y、y'、y"，根据三角函数的定义，我们可以得到如下关系：x = cosA，y = sinAx' = cosB，y' = sinBx" = cos(A+B)，y" = sin(A+B)那么，点P、Q和R的连线所对应的三角形的三个内角之和应该等于180°，即有：∠POR+∠POQ+∠QOR=180°∠A+∠B+∠(A+B)=180°2A+B=180°将以上结果代入三角函数的定义中，我们可以得到：cos(A+B) = x" = x'x - y'y = cosAcosB - sinAsinB2.正弦和公式：sin(A+B) = sinAcosB + cosAsinB推导过程：设点P(x,y)在单位圆上与x轴正半轴的夹角为A，点Q(x',y')在单位圆上与x轴正半轴的夹角为B，点R(x",y")在单位圆上与x轴正半轴的夹角为A+B。
同样，根据三角函数的定义，我们可以得到如下关系：x = cosA，y = sinAx' = cosB，y' = sinBx" = cos(A+B)，y" = sin(A+B)那么，点P、Q和R的连线所对应的三角形的三个边长之和应该等于2，即有：PR+PQ+QR=2∠POR+∠POQ+∠QOR=360°∠A+∠B+∠(A+B)=360°2A+B=360°将以上结果代入三角函数的定义中，我们可以得到：sin(A+B) = y" = xy' + yx' = sinAcosB + cosAsinB二、两角差的三角函数公式1.余弦差公式：cos(A-B) = cosAcosB + sinAsinB推导过程：设点P(x,y)在单位圆上与x轴正半轴的夹角为A，点Q(x',y')在单位圆上与x轴正半轴的夹角为B，点R(x",y")在单位圆上与x轴正半轴的夹角为A-B。
两角和与差的余弦公式的六种推导方法
两角和与差的余弦公式的六种推导方法沈阳市教育研究院王恩宾两角和与差的余弦公式是三角函数恒等变换的基础，其他三角函数公式都是在此公式基础上变形得到的，因此两角和与差的余弦公式的推导作为本章要推导的第一个公式，往往得到了广大教师的关注. 对于不同版本的教材采用的方法往往不同，认真体会各种不同的两角和与差的余弦公式的推导方法，对于提高学生的分析问题、提出问题、研究问题、解决问题的能力有很大的作用.下面将两角和与差的余弦公式的五种常见推导方法归纳如下：方法一：应用三角函数线推导差角公式的方法设角α的终边与单位圆的交点为P1，∠POP1＝β，则∠POx＝α－β．过点P作PM⊥x轴，垂足为M，那么OM即为α－β角的余弦线，这里要用表示α，β的正弦、余弦的线段来表示OM．过点P作PA⊥OP1，垂足为A，过点A作AB⊥x轴，垂足为B，再过点P作PC⊥AB，垂足为C，那么cosβ＝OA，sinβ＝AP，并且∠PAC＝∠P1Ox＝α，于是OM＝OB＋BM＝OB＋CP ＝OA cosα＋AP sinα＝cosβcosα＋sinβsinα．综上所述，.说明：应用三角函数线推导差角公式这一方法简单明了，构思巧妙，容易理解.但这种推导方法对于如何能够得到解题思路，存在一定的困难.此种证明方法的另一个问题是公式是在均为锐角的情况下进行的证明，因此还要考虑的角度从锐角向任意角的推广问题.方法二：应用三角形全等、两点间的距离公式推导差角公式的方法设P1(x1，y1)，P2(x2，y2)，则有|P1P2 |= .在直角坐标系内做单位圆，并做出任意角α，α+β和，它们的终边分别交单位圆于P2、P3和P4点，单位圆与x轴交于P1，则P1(1,0)、P2(cosα，sinα)、P3(cos(α+β)，sin(α+β))、.∵，且，∴，∴，∴，∴，∴，.说明：该推导方法巧妙的将三角形全等和两点间的距离结合在一起，利用单位圆上与角有关的四个点，建立起等式关系，通过将等式的化简、变形就可以得到符合要求的和角与差角的三角公式.在此种推导方法中，推导思路的产生是一个难点，另外对于三点在一条直线和三点在一条直线上时这一特殊情况，还需要加以解释、说明.方法三：应用余弦定理、两点间的距离公式推导差角公式的方法设，则.在△OPQ中，∵，∴，∴.说明：此题的解题思路和构想都是容易实现的. 因为要求两角和与差的三角函数，所以构造出和角和差角是必须实现的. 构造出的和角或差角的余弦函数又需要和这两个角的三角函数建立起等式关系，因此借助于余弦定理、两点间的距离公式建立起等式关系容易出现，因此此种方法是推导两角和与差的余弦的比较容易理解的一种方法. 但此种方法必须是在学习完余弦定理的前提下才能使用，因此此种方法在必修四中又无法使用. 另外也同样需要考虑三点在一条直线上的情况.方法四：应用三角形面积公式推导推导差角公式的方法设α、β是两个任意角，把α、β两个角的一条边拼在一起，顶点为O，过B点作OB 的垂线，交α另一边于A，交β另一边于C，则有S△OAC=S△OAB+S△OBC..根据三角形面积公式，有，∴.∵，，，∴，∵，∴sin(α+β)=sinαcosβ+sinβcosα.根据此式和诱导公式，可继续证出其它和角公式及差角公式.(1)sin(α-β)=sin[α+(-β)]=sinαcos(-β)+sin(-β)cosα=sinαcosβ-sinβcosα；(2)cos(α+β)=sin[90-(α+β)]=sin[(90-α)-β]=sin(90-α)cosβ-sinβcos(90-α)=cosαcosβ-sinαsinβ；(3)cos(α-β)=cos[α+(-β)]=cosαcos(-β)-sinαsin(-β)=cosαcosβ+sinαsinβ.说明：此种推导方法通过三角形的面积的和巧妙的将两角和的三角函数与各个角的三角函数和联系在一起，体现了数形结合的特点. 缺点是公式还是在两个角为锐角的情况下进行的证明，因此同样需要将角的范围进行拓展.(五)应用数量积推导余弦的差角公式在平面直角坐标系xOy内，作单位圆O，以Ox为始边作角α，β，它们的终边与单位圆的交点为A，B，则＝(cosα，sinα)，＝(cosβ，sinβ).由向量数量积的概念，有.由向量的数量积的坐标表示，有.于是，有.说明：应用数量积推导余弦的差角公式无论是构造两个角的差，还是得到每个角的三角函数值都是容易实现的，而且从向量的数量积的定义和坐标运算两种形式求向量的数量积将二者之间结合起来，充分体现了向量在数学中的桥梁作用.附方法六：等积法推导余弦的差角公式广东佛山袁锦前如图：在△ABC中，AD⊥BC于D，BE⊥AC于E,设∠DAC=α，∠ABD=β,求：cos（α-β）解：在△ABD中,BD=c·cosβ，AD=b·cosα在△ACD中,CD= b c·sinα，AD= c·sinβ11cos cos sin sin 22ABD ACDSSbc bc αβαβ∴+=+ ()1cos cos sin sin 2bc αβαβ=+ …………………………..○1 又∵2BAD πβ∠=-()c sin =c sin 22BE ππβααβ⎡⎤⎛⎫⎡⎤∴=⋅-+⋅--⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦()c cos αβ=⋅-()11cos 22ABCSAC BE bc αβ∴=⋅=- …………………………………………○2 由○1○2可得： ()cos =cos cos sin sin αβαβαβ-+。
两角和与差的余弦、正弦、正切公式
＝ × ＋ × ＝ ＝ .∵0<β< ，所以β＝ .
变式3．(1)已知tanα＝2，tanβ＝3，且α，β都是锐角，求α＋β；
(2)已知α，β均为锐角，sinα＝ ，cosβ＝ ，求α－β.
解析：(1)tan ＝ ＝ ＝－1.
∵α，β都是锐角，∴0<α＋β<π，由上式知α＋β＝ .
课堂练习：
练习1：cos(450+300)=
练习2：cos200cos700-sin200sin700=
练习3： 练习4：
1．下列式子中，正确的个数为()
①sin ＝sinα－sinβ；②cos ＝cosα－cosβ；
③sin ＝sinαcosβ－cosαsinβ；④cos ＝cosαcosβ＋sinαsinβ.
解析：(1)原式＝sin 14°cos 16°＋cos 14°sin 16°＝sin ＝sin 30°＝ .
(2)原式＝sinxcos ＋cosxsin ＋2sinxcos －2cosxsin － cos cosx－ sin sinx＝3sinxcos －cosxsin － cos cosx－ sin sinx＝ sinx－ cosx
＝－ × ＋ × ＝－ ，故得－sin ＝－ ，即sin ＝ .
变式2．化简求值：
(1)sin 75°；(2)sin 15°；
(3)若α，β均为锐角，sinα＝ ，sin(α＋β)＝ ，求cosβ.
解析：(1)原式＝sin ＝sin 45°cos 30°＋cos 45°sin 30°＝ × ＋ × ＝ .
课题
两角和与差的余弦、正弦、正切公式
1．注意到 ，由公式C(α+β).，可以推出：
两角及差正余弦公式的证明
两角及差正余弦公式的证明两角和差正余弦公式的证明：我们知道，任意角的正弦、余弦等三角函数都可以通过单位圆的定义得到。
所以，为了证明两角和差正余弦公式，我们先来考察它们在单位圆上的几何意义。
一、两角和公式的几何意义：设在单位圆上有点A和点B，OA和OB分别为半径。
假设点A对应的角为θ1，点B对应的角为θ2，那么点P是单位圆上点A和点B对应的角的和，即θ1+θ2、我们要研究的是点P的坐标。
首先，我们可以将圆心O作为直角坐标系的原点，点A和点B所在的直线即为直角坐标系的x轴。
我们知道，点A和点B的坐标分别可以表示为：A(x1, y1) = (cosθ1, sinθ1)B(x2, y2) = (cosθ2, sinθ2)点P的坐标为(x, y) = (cos(θ1 + θ2), sin(θ1 + θ2))。
我们需要推导出点P的坐标。
为此，我们利用三角恒等式：cos(α + β) = cosαcosβ - sinαsinβsin(α + β) = sinαcosβ + cosαsinβ我们令α=θ1，β=θ2，代入上面的恒等式，得到：cos(θ1 + θ2) = cosθ1cosθ2 - sinθ1sinθ2sin(θ1 + θ2) = sinθ1cosθ2 + cosθ1sinθ2即点P的坐标为：P(x, y) = (cosθ1cosθ2 - sinθ1sinθ2, sinθ1cosθ2 +cosθ1sinθ2)可以看出，点P的坐标与三角函数的和公式是完全对应的。
这就证明了两角和公式的几何意义，也就是说，两个角的正余弦的和等于一个新角的正余弦。
二、两角差公式的几何意义：在上面的单位圆中，点A和点B表示的角分别为θ1和θ2，设点Q 为点A和点B对应的角的差，即θ1-θ2、我们要研究的是点Q的坐标。
同样地，我们可以得到点Q的坐标为(x, y) = (cos(θ1 - θ2), sin(θ1 - θ2))。
仿照上面的方法，我们利用三角恒等式：cos(α - β) = cosαcosβ + sinαsinβsin(α - β) = sinαcosβ - cosαsinβ令α=θ1，β=θ2，代入上面的恒等式，得到：cos(θ1 - θ2) = cosθ1cosθ2 + sinθ1sinθ2sin(θ1 - θ2) = sinθ1cosθ2 - cosθ1sinθ2即点Q的坐标为：Q(x, y) = (cosθ1cosθ2 + sinθ1sinθ2, sinθ1cosθ2 -cosθ1sinθ2)可以看出，点Q的坐标与三角函数的差公式是完全对应的。