三角函数变换的方法总结

三角函数变换的方法总结三角学中，有关求值、化简、证明以及解三角方程与解几何问题等，都经常涉及到运用三角变换的解题方法与技巧，而三角变换主要为三角恒等变换。三角恒等变换在整个初等数学中涉及面广，是常用的解题工具，而且由于三角公式众多，方法灵活多变，若能熟练掌握三角恒等变换的技巧，不但能加深对三角公式的记忆与内在联系的理解，而且对发展数学逻辑思维能力，提高数学知识的综合运用能力都大有益处。下面通过例题的解题说明，对三角恒等变换的解题技巧作初步的探讨研究。（1）变换函数名对于含同角的三角函数式，通常利用同角三角函数间的基本关系式及诱导公式，通过“切割化弦”，“切割互化”，“正余互化”等途径来减少或统一所需变换的式子中函数的种类，这就是变换函数名法．它实质上是“归一”思想，通过同一和化归以有利于问题的解决或发现解题途径。【例1】已知θ同时满足和,且a、b均不为0，求a、b的关系。解析：已知显然有：由①×cos2θ＋②×cosθ，得：2acos2θ＋2bcosθ=0即有：acosθ＋b=0又a≠0所以，cosθ＝－b/a③将③代入①得：a（－a/b）2－b（－b/a）＝2a即a4＋b4＝2a2b2∴（a2－b2）2＝0即｜a｜＝｜b｜点评：本例是“化弦”方法在解有关问题时的具体运用，主要利用切割弦之间的基本关系式。（2）变换角的形式对于含不同角的三角函数式，通常利用各种角之间的数值关系，将它们互相表示，改变原角的形式，从而运用有关的公式进行变形，这种方法主要是角的拆变．它应用广泛，方式灵活，如α可变为（α＋β）－β；2α可变为（α＋β）＋（α－β）；2α－β可变为（α－β）＋α；α／2可看作α／4的倍角；（45°＋α）可看成（90°＋2α）的半角等等。【例2】求sin（θ＋75°）＋cos（θ＋45°）－cos（θ＋15°）的值。解析：设θ＋15°＝α，则原式＝sin（α＋60°）＋cos（α+30°）－cosα＝（sinαcos60°＋cosαsin60°）＋（cosαcos30°－sinαsin30°）－cosα＝sinα＋cosα＋cosα－sinα－cosα＝0点评：本例选择一个适当的角为“基本量”，将其余的角变成某特殊角与这个“基本量”的和差关系，这也是角的拆变技巧之一。【例3】已知sinα＝Ａsin（α＋β）（其中cosβ≠A），试证明：tan（α＋β）＝证明：已知条件可变为：sin[（α＋β）－β]＝Ａsin（α＋β）所以有：sin（α＋β）cosβ－cos（α＋β）sinβ＝Ａsin（α＋β）∴sin（α＋β）（cosβ－Ａ）＝cos（α＋β）sinβ∴tan（α＋β）＝点评：在变换中通常用到视“复角”为“单角”的整体思想方法，它往往是寻找解题突破的关键。（3）以式代值利用特殊角的三角函数值以及含有1的三角公式，将原式中的1或其他特殊值用式子代换，往往有助于问题得到简便地解决。这其中以“1”的变换为最常见且最灵活。“1”可以看作是sin2x＋cos2x,sec2x－tan2x,csc2x－cot2x，tanxcotx,secxcosx,tan45°等，根据解题的需要，适时地将“1”作某种变形，常能获得较理想的解题方法。【例4】化简：解析：原式＝＝＝＝点评：1＝“”的正用、逆用在三角变换中应用十分广泛。（4）和积互化积与和差的互化往往可以使问题得到解决，升幂和降次实际上就是和积互化的特殊情形。这往往用到倍、半角公式。【例5】解三角方程：sin2x＋sin22x＝sin23x解析：原方程变形为：（1－cos2x）＋（1－cos4x）＝（1－cos6x）即：1＋cos6x＝cos2x＋cos4x2cos23x＝2cos3xcosx得：cos3xsin2xsinx＝0解得：x＝＋或x＝（）∴原方程的解集为｛x|x＝＋或x＝,｝点评：题中先降次后升幂，这种交错使用的方法在解三角方程中时有出现，其目的是为了提取公因式。（5）添补法与代数恒等变换一样，在三角变换中有时应用添补法对原式作一定的添项裂项会使某些问题很便利地得以解决。将原式“配”上一个因子，同时除以这个式子也是添补法的一种特殊情形。【例6】求证：＝证明：左边＝＝＝＝＝＝右边∴原式成立。点评：本例中采用“加一项再减去一项”，“乘一项再除以一项”的方法，其技巧性较强，目的都是为了便于分解因式进行约分化简。（6）代数方法三角问题有时稍作置换，用各种代数方法对三角函数式作因式分解、等量置换等的变形，从而将三角问题转换成代数问题来解，而且更加简捷。这其中有设元转化、利用不等式等方法。【例7】锐角α、β满足条件，则下列结论中正确的是（）A.α+β≠B.α+β＜C.α+β＞D.α+β＝解析：令sin,则有整理得：（a－b）2＝0即a＝b即：sin2α＝cos2β（α，β同为锐角）∴sinα＝cosβ∴α＋β＝，故应选D。点评：本例用设元转化法将三角问题转化为代数问题。换元法这种数学思想应用十分广泛，往往能收到简捷解题的效果．（7）数形结合有的三角变换问题蕴含着丰富的几何直观，此时若能以数思形，数形渗透，两者交融，则可开辟解题捷径。利用单位圆，构造三角形，利用直线、曲线的方程等方法都是数形结合的思想。【例9】已知：，，求的值。解析：∵点Ａ，Ｂ均在单位圆上。由已知条件知：AB的中点坐标为Ｃ（1/6,1/8），即直线ＡＢ过定点C如下图所示∠xOC＝∴∴据万能公式得：点评：本题用和差化积公式也不难求得，但在三角问题中利用单位圆是常见的研究方法。数形结合方法在三角变换中应用类型颇多，篇幅所限，仅举一例，本文不赘。从六、七两种方法可以看出，将代数、几何与三角有机联系起来，综合运用，在解三角变换题中，不仅构思精巧，过程简易，趣味横生，而且还沟通数学知识的纵横关系，也有利于多向探求，广泛渗透，提高和发展学生的创造性思维能力。以上探讨了三角变换中的七种变换思想和解题方法，在实际解题中这些方法是交织在一起的，混合于同一问题中灵活使用。掌握这些变换方法的前提是熟悉公式，善于公式的变形运用，同时注意纵横联系数学知识用发散性的思维考虑问题。三角变换的技巧除了以上七个方面外，还有平方消元，万能置换，利用正余弦定理进行边角转换，利用辅助角，借用复数表示等方法我们以后有机会再介绍。5.非特殊角的化简、求值问题的解题方法探究非特殊角的化简求值是给角求值中一类常见的三角求值类型，对于此类求值问题，由于涉及到的三角公式及其变形灵活多样，因而如何利用三角公式迅速准确的求值应是解决这类问题的重点，现在我们通过一个题目的解法探寻，体会非特殊角三角函数的求法。【题目】求的值。分析1：这是一道给角求值中非特殊角的化简求值问题，仔细观察可看出在所求式子中有一项是正切函数、一项是正弦函数，因此通常运用切割化弦，然后通过通分化简，使其化为特殊的三角函数值。解法1：点评：通分以后，要将和式转化为积式，需将拆项为，这是将和式转化为积式中常用的变形手段，在将和差化积后要尽可能的出现特殊角特殊值，这样才有可能使化简得以进行下去。分析2：运用切割化弦，通过通分化简后，若不考虑将和式转化为积式，而是对角进行变换，观察到运算的式子中出现的两角为20°，40°，与特殊角比较则会有60°－40°＝20°，变角后再应用两角差的正弦公式展开进行化简。解法2：分析3：我们在运用“切割化弦”时，若不利用商数关系，而是将tan200利用半角公式进行化弦，也能进行求值。解法3：分析4：从以上路径可以看出，而是一个特殊的三角函数值，考虑它等于什么呢？，因而考虑可否会有，这样问题就转化为等式的验证。解法4：∴有点评：本路径采用了综合法，只进行等式的验证，问题就得以解决。分析5：利用倍角公式可得到，能否再对角进行适当的变换，出现特殊角，我们发现40°＝60°一20°，这样变角后利用两角差的正弦公式展开化简，也能求值。解法5：将等式可写成两边同除以得点评：本题利用综合法求得了的值，在这里首先进行角的变换，然后利用两角差的正弦公式展开，合并同类项后，再进行弦化切割，从而得到所要求的值。以上我们探寻了不查表求非特珠角的三角函数的值的问题，对于这类问题，要从多方面考虑解决的方法，在这里我们是从三角函数的“变名”“变角”“变式”“切割化弦”弦化切割”等方面而进行了三角恒等变形，这在以后的学习训练中要逐步体会掌握。【典型例题】例1.化简cos（π＋α）＋cos（π－α），其中k∈Z。解析：解法一：原式＝cos［kπ＋（＋α）］＋cos［kπ－（＋α）］＝coskπcos（＋α）－sinkπsin（＋α）＋coskπcos（＋α）＋sinkπsin（＋α）＝2coskπcos（＋α），（k∈Z）当k为偶数时，原式＝2cos（＋α）＝cosα－sinα当k为奇数时，原式＝－2cos（＋α）＝sinα－cosα总之，原式＝（－1）k（cosα－sinα），k∈Z解法二：由（kπ＋＋α）＋（kπ－－α）＝2kπ，知cos（kπ－－α）＝cos［2kπ－（＋α＋kπ）］＝cos［－（kπ＋＋α）］＝cos（kπ＋＋α）∴原式＝2cos（kπ＋＋α）＝2×（－1）kcos（＋α）＝（－1）k（cosα－sinα），其中k∈Z点评：原式＝cos（kπ＋＋α）＋cos（kπ－－α）＝cos［kπ＋（＋α）］＋cos［kπ－（＋α）］这就启发我们用余弦的和（差）角公式。例2.已知sin（α＋β）＝，cos（α－β）＝，求的值。解析：解法一：由已知条件及正弦的和（差）角公式，解法二：（设未知数）令x＝解之得例3.在中，求的值和的面积。解析：解法一：解方程组得，故。。解法二：由及得，可得因为，所以，故，即解方程组得，故。（以下同解法一）解法三：因为，所以。又，故，（以下同解法一）例4.解析：解法一：此题可利用降幂、积化和差、和差化积等公式进行恒等变形化简。原式解法二：利用“整体配对”思想，构造对偶式来解题设则两式相加得即例5.（第5届IMO试题）证明解析：设则∴∴或（舍去）